Protobionte

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Ir a la navegación Ir a la búsqueda

Un protobionte o protocélula es un tipo o tipos de estructuras abióticas que precedieron a las células.

Sin embargo también se suele usar para referirse a una etapa más avanzada del origen de la vida, en el cual es descrito como un tipo primitivo de organismo vivo celular simple, que teóricamente precedió a las células procariontes; en este último caso se utiliza igualmente el término progenote (pregenoma).

Concepto de protobionte[editar]

Esquema de un liposoma formado espontáneamente por fosfolípidos, conteniendo y rodeado de una solución acuosa. Probable conjunto molecular del que evolucionaron los protobiontes.

Un protobionte hace referencia a las primeras estructuras y formaciones de moléculas orgánicas que pudieron haber evolucionado en los primeros seres vivos. Dentro de los niveles de complejidad biológica, los protobiontes se consideran precursores de la vida celular.

El protobionte es un agregado acelular de polímeros orgánicos ensamblados espontáneamente de forma abiótica, rodeado por una estructura membranosa. Un ejemplo de protobionte está en los experimentos de Aleksandr Oparin y Sidney W. Fox, que han demostrado que pueden formarse espontáneamente en condiciones similares a las que se cree que existían en la época de la formación de la Tierra.[1]​ En estos experimentos se formaron liposomas y microesferas con estructuras membranosas similares a las bicapas fosfolipídicas de la célula.

A partir de ello, se ha discutido si el origen de la vida y el origen del proceso de evolución surgieron al mismo tiempo. Se ha postulado que, de forma equivalente a como actúa el proceso de evolución en los seres vivos, también actuarían los mecanismos evolutivos en compuestos químicos antes de que hubiese vida.

En este sentido, científicos como Martin A. Nowak y Hisashi Ohtsuki han postulado cómo y cuándo la cinética química pasa a convertirse en una dinámica evolutiva, formulando una teoría matemática general para el origen de la evolución. En ella se describe la previda como un alfabeto de activos monómeros que forman al azar polímeros, siendo un sistema generativo que puede producir la información, en la que originalmente se presenta una preevolutiva dinámica de selección y mutación, pero no replicación, a diferencia de la vida. A partir de análisis matemático se concluye que las mejores y más competentes candidatas moleculares para la vida ya habían sido seleccionadas antes incluso de que empezaran a reproducirse. Igualmente, aunque la previda es un andamiaje en que se basa la vida, existe una fase de transición en la que, si la tasa efectiva de replicación supera un valor crítico, entonces la vida compite con la previda y, finalmente, la vida destruye a la previda.[2]

El origen de los protobiontes es algo incierto y se ha propuesto dos modelos para la formación de los protobiontes:

  • El primer modelo propone que los ribosomas como complejos autorreplicantes aparecieron durante el mundo de ARN y por tanto estos complejos al rodearse con liposomas formarían los protobiontes.[3]​ Estas hipotéticas estructuras abióticas también han sido llamadas ribocitos.[4]​ El ADN y la complejidad celular aparecería al momento en que los protobiontes darían origen al último antepasado común universal.[5]​ Sin embargo no explica como se originó el ADN dentro los protobiontes.
  • El segundo modelo propone que la mayoría de los elementos genómicos o secuencias celulares pudieron haber aparecido en el mundo de ARN como los ribosomas, ribozimas, intrones, transposones, plásmidos, enzimas, exones, etc a la par de los virus, viroides y virus satélite. Según este modelo los ribozimas fueron los primeros replicadores de la etapa inicial del mundo de ARN debido a que no codifican proteínas, estos replicadores al haberse unido con proteínas, se pasaría al mundo de ARN + proteínas donde surgirían los virus de ARN, satélites de ARN, los ribosomas, las ARN polimerasas, posteriormente estos precederían a los retroelementos como los intrones del grupo II, retrones, exones, transcriptasa inversa, dando paso al mundo de retrotranscripción, a su vez estos elementos harían la transición del ARN al ADN pasando finalmente al mundo de ADN donde por último se originarían las ADN polimerasas, virus de ADN, satélites de ADN, transposones, plásmidos, repeticiones en tándem, etc. Los cromosomas ya se habrían desarrollado durante este último periodo. Estos acelulares o elementos genéticos al haberse unido con liposomas formados espontáneamente originarían los protobiontes.[6][7][8][9][10][11][12]​ Un experimento (2015) ha demostrado que las cápsides de los virus pudieron haberse originado en el mundo de ARN y servían como un medio de transferencia horizontal entre las comunidades de replicadores dado a que estas comunidades no podrían sobrevivir si el número de parásitos génicos aumentaba, siendo ciertos genes los responsables de la formación de estas estructuras y los que favorecían la supervivencia de las comunidades autorreplicativas.[13]​ Sin embargo el origen de los virus y satélites todavía es materia de debate y para otros autores los virus pudieron originarse en los protobiontes y no en el mundo de ARN.[6]​ Esto sugiere que los protobiontes y el último antepasado común universal ya habrían sido infectados por virus y otras entidades acelulares.[6]

Los protobiontes fueron estructuras lípidicas formadas por una sola membrana, de tamaño nanómetrico, probablemente hayan tenido características vitales como reproducción asexual y capacidades metabólicas, pero limitadas ya que podrían tener nula capacidad para sintetizar nucleótidos y aminoácidos.[14]​ Al principio pudieron haber tenido un aspecto similar a los virus de envoltura vírica que generalmente poseen una sola membrana lípidica, aunque los protobiontes fueron más grandes y complejos ya que estarían compuestos por genomas, cromosomas y ribosomas. Fueron evolucionando a células al unirse más liposomas o vesículas cercanas sobre su única membrana lo cual llevó al desarrollo de una estructura más compleja que les premitiese proteger sus cromosomas, genomas y ribosomas. Al pasar esta etapa los protobiontes dieron origen al último antepasado común universal al desarrollar las características universales de las células como citoplasma, citoesqueleto, membrana plasmática y pared celular.[15]

Concepto de Progenote[editar]

Usualmente el término progenote se considera sinónimo de protobionte, pero en ocasiones se usa también para describir a una forma de vida celular primitiva equivalente del último antepasado común universal de todos los seres vivos y por ende antepasado de las células procariontes (las células más simples y primitivas conocidas); siendo por ello una estructura más evolucionada de protobionte que ya presentaría características celulares.[16]​ Es posible que la naturaleza filogenética del progenote haya intervenido toda una red de transferencia horizontal de genes.[17]​ Relacionado con este aspecto se ha estudiado cual sería el genoma mínimo necesario para la vida (genoma posiblemente equivalente al genoma del progenote); investigación que actualmente se ha llevado a cabo mediante la creación del Mycoplasma laboratorium.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Cornell University: Protocells: What did the early protocells look like? Dump vom 5. Oktober 2012
  2. Martin A. Nowak y Hisashi Ohtsuki (2008). «Prevolutionary dynamics and the origin of evolution». Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (39): 14924-14927. doi:10.1073/pnas.0806714105. 
  3. Noller HF (April 2012). «Evolution of protein synthesis from an RNA world». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 4 (4): a003681. PMC 3312679. PMID 20610545. doi:10.1101/cshperspect.a003681. 
  4. Yarus M (2002). «Primordial genetics: phenotype of the ribocyte». Annual Review of Genetics 36: 125-51. PMID 12429689. doi:10.1146/annurev.genet.36.031902.105056. 
  5. Caetano-Anollés G, Seufferheld MJ (2013). «The coevolutionary roots of biochemistry and cellular organization challenge the RNA world paradigm». Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology 23 (1–2): 152-77. PMID 23615203. doi:10.1159/000346551. 
  6. a b c Mart Krupovic, Valerian V. Dolja, Eugene V. Koonin (2020). The LUCA and its complex virome. Nature.
  7. Eugene Koonin, Valerian V Doljja (2014). A virocentric perspective on the evolution of life. Science Direct.
  8. Eugene V Koonin, Tatiana G Senkevich, Valerian V Dolja (2006). The ancient Virus World and evolution of cells. Biology Direct.
  9. Eugene Koonin (2015). Viruses and mobile elements as drivers of evolutionary transitions. NCBI.
  10. Eugene Koonin, Valerian V Doljja (2014). Virus World as an Evolutionary Network of Viruses and Capsidless Selfish Elements. Microbiology and Molecular Biology Reviews.
  11. Patrick Forterre. The Two Ages of the RNA World, and the Transition to the DNA World: A Story of Viruses and Cells. Science Direct.
  12. Did DNA Come From Viruses?.
  13. Matti Jalasvuori, Sari Mattila, Ville Hoikkala (2015). Chasing the Origin of Viruses: Capsid-Forming Genes as a Life-Saving Preadaptation within a Community of Early Replicators. Plos One. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0126094
  14. Raphaël Méheust, David Burstein, Cindy J. Castelle & Jillian F. Banfield, 2019, The distinction of CPR bacteria from other bacteria based on protein family content. Nature Communications volume 10, Article number: 4173
  15. Chen, Irene A.; Walde, Peter (July 2010). «From Self-Assembled Vesicles to Protocells». Cold Spring Harb Perspect Biol 2 (7): a002170. PMC 2890201. PMID 20519344. doi:10.1101/cshperspect.a002170. 
  16. C. R. Woese and G. E. Fox (1977) J. Mol. Evol. 10, 1-6
  17. E. Hilario and J. P. Gogarten (1993) BioSystems 31, 111-119