Es muy probable que la primera estructura que apareció en el camino hacia el origen de la vida, fuera alguna especie de membrana, a travez de la cual se realizaran intercambios de tipo de diálisis u osmosis de: pequeñas moléculas, iones de elementos quimicos o aun simples difusiones de sustancias.-
En los primeros tiempos, durante los cuales, en medio acuático de la superficie terrestre, las condiciones ambientales convenientes se presentaran, éstas membranas, podrían en algunas circunstancias, crear a cada lado espacios quimicos con diferentes potenciales electrónicos.-
La energia solar y la procedente de otras fuentes, por ej.: descargas electricas, como lo demostró Miller, pueden en ambientes muy primitivos sintetizar muchas de las sustancias que participan en las funciones vitales.-
Los microbios mas pequeños que se conocen, tienen una membrana que separa su citoplasma de un medio externo; es una condición infalible para que un ser unicelular o multiple celular realice sus funciones vitales. Algunas formas parásitas aprovechan estructuras ajenas, sin tener necesidad de poseer su propia membrana.-
La membrana de las células en los seres unicelulares, tienen funciones ademas de la de separación de medios, otras muy importantes relacionadas con la fisiológicas de las células; son actividades selectivas de sustancias que deben de ingresar, para las síntesis que se realizan, principalmente proteinas. En los espacios que dejan entre las paredes intermembranas y el interior celular, se establecen relaciones quimico electrónicas que determinan los flujos de sustancias y electrones.-
No se conoce de la existencia de algún ser vivo que no tenga cromosoma; puede haber alguna forma de parasitismo, en la cual se transfiera parte o partes de cromosomas, pero para que éstos se reproduzcan, necesitan usar células ya existentes.-
La membrana y el cromosoma son dos estructuras inseparables en cualquier sistema de vida y tienen una relación entre ellos de carácter simbiótico o similar (de dependencia), además de que en el cromosoma se han incorporado códigos que afectan a la membrana.-
Como vemos la función de la celula es pura actividad química, que se realiza en la membrana y cromosoma ,tema sobre el que profundizaremos para aclarar mas lo que queremos demostrar.
Se conoce que todas las sustancias que existen en el cosmos y por tanto en la tierra, son producto de relacionamientos energéticos entre partículas: sub atómicas, átomos, moléculas, de lo cual resultan productos de origen mineral y orgánico. En los procesos de vida ,son productos orgánicos,los que integran casi la totalidad; solo: calcio, magnesio, fosforo, hierro, azufre y algún otro, puramente minerales participan en minima proporción.-
Las sustancias quimicas se enlazan, porque entre ellas hay diferentes potenciales electrónicos o en otras palabras energía; éste enlace tiende a que se cumpla la llamada ley del octeto, por la cual la neutralidad sumados dos o varios elementos se obtiene ,al compartir ocho electrones entre los núcleos respectivos. En muchos enlaces no se completa el número ocho, por lo cual hasta cuatro elementos se pueden unir al átomo principal; en los enlaces del carbono ocurre frecuentemente.-
Las sustancias quimicas que componen a la membrana y que se enlazan en el cromosoma, están sujetas a éstas reglas que rigen a los enlaces químicos; de la misma manera lo están, las cadenas grasas, glicoles, glicerofosfatos, que forman la trama de las membranas. Los azúcares: ribosa, desoxiribosa, fosfatos, purinas y piridininas de los ácidos nucléicos tambien estan sujetos a éstas mismas reglas, como lo están igualmente los enlaces de los aminoácidos los que dentro de la célula, son producto de la actividad quimico orgánica de los cromosomas.-
En general los enlaces quimicos de elementos y sustancias que dan moléculas con mas átomos, requieren de aporte de energia que logicamente proviene desde el exterior de la célula; ésta puede tener origen de distintas fuentes como pueden ser la propiamente quimica o solar.-
En etapas muy tempranas del planeta está demostrado que organismos quimico biológicos, usaron compuestos minerales ricos en oxígenos, para de sus enlaces obtener energía que necesitaban en sus procesos metabólicos; en etapas mas recientes de entonces, se empezó a usar por los microbios energia solar como fuente de la misma.-
La energia que se necesita dentro de la célula desde el borde de la membrana externa, es captada a éste nivel y por allí entra en forma de, iones, electrones o moléulas, según que sean integrantes de células únicas o componentes de organismos complejos.-
Hemos visto que para que haya vida, además de agua es imresindible la presencia simultánea de la membrana y cromosoma. Hasta acá analizamos parte importante de la función de la membrana y su origen; en lo referido al cromosoma se comprueba que es un aparato químico, que por su estructura y función oficia dentro de la célula, como sintetizador de aminoácidos, dado que de su accionar en una nueva célula, las proteinas aparecen ,sin que haya transferencia entre celula madre a hija, sustanciales de éstas. -
Es conocida la estructura quimica del A D N y A R N, en la que una molécula de azúcar (riboza o desoxiribosa) se enlaza a un fosfato y a una porfirina. La conjunción de tres estructuras de éstas, codifica la síntesis de una sola clase de proteína ( aminoácido) . Las porfirinas comunes son: adenina, guanina, tianina, citocina y uracilo, únicos que participan en los tripletes ;de sus combinaciones ( codones) se forman los codigos de los veinte aminoácidos esenciales.-
De las cinco porfirinas que hemos mencionado como componentes del ADN y ARN, la adenina tiene en los procesos vitales la mayor importancia; forma parte del ATP ( adenosina trifosfato), que es una sustancia de almacenamiento de energía, la que puede ser cedida en la realización de enlaces quimicos, por lo que hace de intermediario en procesos llamados catalíticos.-
En el proceso metabólico de crear moléculas capaces de captar energía como es el ATP, hay formas en que se integran las moléculas con uno dos y tres fosfatos: AMP-1- ,ADP-2-, ATP-3-; como es facil reconocer AMP de ésta etapa tiene fórmula quimica igual a la que vemos en la fórmula del ADN, en que la adenina, un fosfato y un azúcar participan. ver figura Nº 1
Tanto en uno como en otro caso, son moléculas que pueden integrar estructuras captoras o portadoras de energia como lo son ATP y los codones. Se nos ocurre que en las primeras etapas de vida, aún en la de seres quimico-orgánicos ,estas estructuras ya existirían ubicadas sobre las membranas o muy relacionadas con ellas; algunas de las sustancias creadas, que tuvieran efecto catalítico como los tripletes de clotidos, con alto contenido de energía de intercambio, ya estarían funcionando.-
Por efectos evolutivos, que favorecerian estructuras con mas capacidad de captar enlaces quimicos mejores energéticamente, éstos se conservan en la formula quimica del ADN, la que oficia como molde catalítico y sintetizador de hacer copias de si mismo y sitetizar ARN.
La materia prima para que se realicen enlaces para crear moléculas con muchos átomos, debe de encontrarse en un medio ambiente adecuado y en contacto con la membrana que envuelve al citoplasma. En algunos medios acuáticos en épocas muy primitivas, éstas circunstancias pudieran ocurrir y aparecer un caldo nutritivo como lo propuso Oparin. En estos medios ambientes, las relaciones entre elementos quimicos y sus moléculas, dentro y fuera de las membranas, sistemas quimicos captadores de energia, pudieran establecerse, relacionados estrechamente con las membranas,y crear un relacinamiento químico , causa por la cual se crea la molécula del ADN.
La evolución de los procesos químicos, es la que crea las moléculas que como el ADN, que con sus funciones adoptadas por éste propio proceso se establ
ecen definitivamente.-
En lo anteriormente expuesto sobre este tema,hemos pretendido demostrar que para que se realicen relacionamientos energéticos, entre elementos químicos es necesario que entre ellos exista cierta proximidad,circunstancia que es poco probable en medio acuático. Nos referimos especialmente a las reacciones que puedan ocurrir en lo relativo al tema que nos ocupa.-
En primeras etapas de evolución del planeta, pueden haber aparecido algunas estructuras de tipo vesículas inmersas en agua, que crearan ambientes cerrados por algunos tipos de membrana, dentro de las cuales se originaran circunstancias de enlaces químicos, dada la proximidad de éstos en un ambiente cerrado, que permitieran crear diferenciales energéticos distintos a los del entorno.-
La materia prima que forma las membranas actuales de algas y microbios tienen base de moléculas grasas; en las estructuras modernas la evolución habrá modificado mucho de lo creado en periodo anterior. Probablemente las membranas primitivas tuvieran la misma base química y sus funciones en lo relativo al relacionamiento de los espacios celulares serían bastante parecidos en lo antiguo y lo moderno.-
(dibujo vesícula) Ver Figura Nº 2.
El dibujo demuestra que se crean tres ambientes distintos, en cada uno de los cuales hay diferentes componentes químicos dada su ubicación:en -1- puede haber un ambiente externo enriquecido tipo caldo nutritivo como lo propuso Oparin, producto de la degradación de sustancias minerales cuyos componentes se hubieran disuelto o dispersado en agua, sobre este medio ambiente factores energéticos naturales como descargas eléctricas, luz, ondas radiales, etc. pueden estar actuando. En -2- que es el espacio intermembrana, los efectos energéticos anteriormente mencionados, pueden seguir actuando, para suministrar la energía necesaria para la realización de enlaces de sustancias que captan y atrapan energía, como pueden ser: porfirinas, procesos de enlaces químicos para crear clotidos que dan ADN, AMP, ADP, ATP, ATPH, etc. En -3- hay un amplio espacio en el que pueden haber prolongaciones de membrana; es allí donde se realizan enlaces químicos, obedeciendo a códigos genéticos a consecuencia de lo cual se produce el crecimiento de la célula,en base de proteínas.
La clorofila aparece en los seres primitivos muy relacionada con la membrana, como lo prueban los fósiles mas antiguos ( 3800 MA ). Ver Fig. Nº 3
Sus moléculas están compuestas por cuatro porfirinas enlazadas a un átomo de Mg.; es una estructura esencialmente especializada en captar energía lumínica. También relacionado con la membrana aparecen las otras porfirinas: adenina, guanina, citosina, tianina, uracilo, (que son representadas por la primera letra en mayúscula: A-G-C-T-U-), vinculadas al ADN,ARN y a la creación de clotidos energéticos, como los que producen moléculas catalíticas de la línea ATP.- Ver figura Nº 4 clotido, ATP, ADN.
Observando los dibujos, vemos que las diversas moléculas de los componentes de ADN y ATP, tienen en común: fosfatos, algún azúcar (pentosas) y adenina; lo que motiva, algúna sospecha: relacionadolos a que tengan similares orígenes, derivados de procesos de emparejamientos energéticos, ocurridos en el entorno de la membrana.-
Durante los primeros 500 MA en que las moléculas de la química orgánica, empiezan a crear enlaces energéticos, las membranas que pudieran envolver a las vesículas, en sus funciones, pueden haber tenido muchos cambios; por lo cual los productos derivados de su actividad, también seguramente lo tuvieron. Cuando al cabo de éstos procesos encontramos que el ADN lleva el dato para crear un aminoácido, tenemos que pensar que esto actualmente y antes , ocurre debido a que miles de pruebas de aciertos y errores durante miles de años, fueron seleccionando a los átomos, elementos y sustancias que se crean para que éstos resultados ocurran.-
Durante el proceso evolutivo, los clotidos del ADN por alguna razón energética se enlazan en tripletes, por ejemplo: AAA,CGT,GTC,AAT etc. ; como vemos, en cada codón ,(como se conocen los tripletes), un clotido se une a otros dos ,que pueden ser iguales o diferentes; son estructuras con capacidad captora de energía y capaces de organizarse en actividades tipo enzimáticas.-
En los codones, entre sus miembros y entre ellos se producen enlaces por medio de fosfatos. Ver figura Nº 5
Como se ve, el fosfato además del aporte muy importante energético, oficia de enlace entre los carbones 3-5 de las desoxiribosas; una porfirina de las que ya vimos se une al azúcar en el C.1. Los enlaces fosfato con el azúcar, son de gran fortaleza,lo que los hace muy difícil de romper en el ADN.-
El producto resultante de la actividad del ADN y su copia a ARN, es una sustancia que se encuentra en todo ser vivo: los aminoácidos,; en realidad son 20 clases diferentes de moléculas muy energéticas, que solas o en cadenas en general muy largas, participan de alguna manera en toda clase de funciones de los organismos vivos, desde los mas simples a los mas complicados, tanto en el reino animal como en el vegetal; son la esencia de la vida.-
En muchas de sus estructuras ,los aminoácidos se adaptan a funciones de: sostén, electroconductor, transporte de iones, se relacionan a funciones selectivas con la membrana y principalmente son partícipes en funciones con las enzimas ,de las que forman parte, actuando en las estructuras que crean “moldes” para síntesis de otras estructuras también proteicas. Ver Figura Nº 6 formula general aminoácido.-
El enlace: H2N-C-(C=OOH), es la base de la formula quimica de los aminoácidos ,que es común a todos; lo que cambia es el grupo energético (R), que es lo que caracteriza energéticamente a la molécula.-
Con lo que hemos analizado hasta aquí: tenemos sustancias producto de relacionamientos químicos; contamos con: membrana, la serie ATP, ADN, ARN, y proteínas; sustancias que se encuentran en la base del origen de la vida; su presencia,fue seguramente producto de un proceso de evolución química, realizado durante algunos miles de años . En todo este tiempo y mas, hubieron arreglos energéticos entre atomos y moléculas ,creando estructuras duraderas ,como : membranas,y ADN; ,y otras estructuras de duración transitoria, ejemplo:ARN,aminoácidos,ATP,productos de reserva,etc.
Como lo vimos antes, las proteínas son de lo mas importante y aparecen seguramente en etapas muy tempranas de la evolución; son sintetizadas por la actividad enzimática y catalítica del ARN, el que a la vez es un producto de la actividad del ADN.-
El ADN es el portador de la información genética y debe duplicarse para que la célula hija herede las cualidades de la madre ,en toda clase de ser vivo,y por lo tanto en el caso de las células primitivas que es a lo que nos estamos refiriendo. Los ADN de procariotas muy inferiores, son cadenas de codones; en alguna parte de la cadena, previo a su duplicación aparece un corpúsculo (abultamiento) dentro del cual se realiza el complicado proceso de hacer una copia exacta del ADN original; en el proceso hay relacionamientos energéticos con ATP, ATPH, que son moléculas químicas catalíticas que aportan energía; el duplicado del ADN se realiza en forma indirecta, ya que así lo requieren las estructuras químicas de las porfirinas,del ARN, con el cual se acoplan, y se usa en el proceso. Lo notable, es que el ARN que se usó especifico del codón que se duplica, enseguida sirve para crear una estructura enzimática, sintetizadora de un aminoácido,que es copia correspondiente de su propio código,que a su vez es copia del de ADN.
Con la aparición del microscopio electrónico ,se ha podido entrar en la observación de lo infinitamente pequeño, viendo dentro de las células, estructuras las que hace 50 años no se conocían. Así fue posible desentrañar la estructura del cromosoma, comprobando que los granulos que aparecían como cuentas de un collar, son agregados en cadenas de codones,(moléculas químicas que se enlazan obedeciendo a relacionamientos energéticos). Lo que llamamos gen, es una sustancia química muy activa fomada por una cadena de codones-
Gracias a las nuevas técnicas, la bacteria Ectcheritia Coli ha mostrado de manera muy detallada, como funciona un organismo procariota, que tiene un solo cromosoma circular, durante las varias etapas de su vida. La cadena sencilla de genes del E.Coli, tiene que duplicarse, para lo cual cerca de la mitad de su circulo, aparecen dos zonas contiguas engrosadas, desde las que en direcciones opuestas se realiza la duplicación. Ver figuraNº 7
Reiteramos que todos estos procesos de hacer copias a ARN, duplicaciones, etc. son producto de acomodamientos energéticos entre átomos y moléculas promovidos por procesos evolutivos; y que para que se realicen se necesita energía, materia prima y ambiente adecuado, dentro de las membranas y fuera de ellas, lo que E. Coli lo obtiene principalmente en el tracto digestivo de animales y o ambientes similares.-
El microscopio electrónico ha permitido visualizar mejor que antes, algunos de los aspectos de lo del titulo: Un probable camino hacia la creación de la vida; entre lo mas importante es conocer que son y para que sirven los ribosomas,etructuras que aparecen en la celula hija, inmediato a su creación Las técnicas de laboratorio, mejoradas con el aporte de los nuevos microscopios, han aportado lo suyo. Se ha podido determinar la estructura de los ribosomas, su composición química,integrada en las moléculas de ARN y aminoácidos, que los componen, proporciones de unos y otros y el funcionamiento.-
El proceso químico hacia la creación de vida, ,que seguramente empezó con enlaces de elementos de la química orgánica, hace mas de 4000 MA, ha producido moléculas y sustancias, dada sus estructuras ,capaces de crear un sistema electrónico, similar al que tienen las modernas computadoras;, que tienen la propiedad de retener y suministrar información, que en el caso de lo que estudiamos ,es consecuencia de relacionamiento químico, que por sus consecuencias,afecta a todo lo que cabe dentro de todo lo relativo a la química biológica.-
De todo lo que tratamos en lo anterior, concluimos: que la vida desde sus inicios, es consecuencia de relacionamientos químicos entre los elementos que componen la materia prima que la integra (C- H- O- N + Mg -S -Fe y algún otro) ubicada en medios ambientes adecuados.
Recapitulando resumimos
En el planeta tierra, se originaron por efectos de la evolución química de la materia orgánica, con base en el carbón, moléculas especiales capaces de captar y almacenar energía, procedente de diversas fuentes principalmente solar. Posiblemente a nivel de algunas estructuras de tipo membrana vesicular, por razones de capitalizar enlaces energéticos, se realizaran allí las reacciones químicas: carbono con nitrógeno, que crean cadenas cíclicas de 5 y 6 enlaces, en los que se alternan estos elementos; se conocen con el nombre de porfirinas; debido a los grupos que se les agregan se originan las 5 únicas ,que son las que caracterizan a purinas y piridininas, de los ácidos nucléicos .-
También por causas de relacionamientos químicos, se crean moléculas de la clase de los azúcares: ribosa, desoxiribosa y enlaces de éstos con fosfato, además de con las anteriores porfirinas.-
Consecuencia o relacionado con las moléculas anteriores se crean los enlaces que originan la línea del ATP, gran portador y transferente de energía.
Las proteínas,esencia de la vida.
Un proceso evolutivo, relacionado con lo químico ha llevado a estabilizar los enlaces que crean al ADN, el que actúa como agente de síntesis catalítica; del ADN surgen los componentes que integran cada nueva célula, lo que es posible porque el ADN en su estructura química, guarda a modo de guía los pasos a seguir, para que se pueda reproducir su contenido.-
Casi la totalidad de los componentes de las células de todo ser vivo, es formado por moléculas compuestas por proteínas, a lo que ya nos referimos en otra parte de éstos apuntes.-
Es muy probable que las proteínas hayan aparecido en las primeras etapas de la química evolutiva, a causa de que algún enlace en cadena de codones, con sus respectivos aminoácidos,(sintetizados por ellos),produjera alguna sucesión en cadena de estos.-
Cadenas de aminoácidos se pueden enlazar creando estructuras especiales que por causas electrónicas, tuvieran relacionamiento con elementos químicos del medio, del que también pueden forma parte; otras circunstancias de cadenas que se formaran evolutivas de la anterior, crearían enlaces mejores para cumplir la misma función. Pueden haber ocurrido muchos enlaces para producir cadenas de aminoácidos sin consecuencias, y muchas con consecuencias útiles, los que se mantienen copiados en las estructuras del ADN .-
En el camino que conduzca a deducir un origen de vida, los procesos evolutivos derivados del relacionamiento lento químico energético, entre átomos de elementos y moléculas, seguramente es de la mayor importancia.-
El proceso de pasar de lo vivo inanimado, sin sistema nervioso como ocurre en los vegetales, a lo opuesto, con centro nervioso y o cerebro, como corresponde al reino animal, seguramente fue un fenómeno evolutivo de la quimica organica.
Como ya lo expusimos en las deducciones anteriores ,la evolución de los procesos orgánicos, se basa totalmente en relacionamientos químicos energéticos.-
Todo lo que se creó desde la época de las bacterias químicas, primeras cianobacterias, algas, plantas y toda la serie animal, tiene un origen común, que se inicia con la aparición de vesículas con actividades químicas,lo que pretendemos demostrar en las reflecciones expuestas
FIN
Anibal Victoria Mendoza Amaral
