El mundo de los hidrocarburos poliaromáticos es una etapa hipotética en la evolución química cuando los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), que pueden haber sido abundantes en la sopa primordial de la Tierra primitiva , llevaron a la síntesis de moléculas de ARN , que crearon los requisitos previos para el mundo del ARN y el surgimiento de la vida .
La idea principal de los PAH es explicar cómo los propios nucleótidos podrían estar en una cadena a una distancia de 0,34 nm para la formación de ARN primario, lo cual es un evento muy poco probable por casualidad. La hipótesis indica que las moléculas circulares planas de hidrocarburos aromáticos policíclicos tienen el efecto de ensamblarse espontáneamente en "pilas" con un paso de 0,34 nm y unir nucleótidos al lado de su base nitrogenada mediante enlaces de hidrógeno. Luego, debido a la rotación de los anillos de la "pila", los extremos de los nucleótidos se enganchan con la formación de enlaces ya covalentes , y así la conexión en una cadena de ARN con su paso típico de 0,34 nm. La hipótesis también explica la mayor probabilidad de ensamblaje espontáneo de los propios nucleótidos, ya que primero se pueden agregar sus bases nitrogenadas y luego el esqueleto oligomérico [1]
Aunque la hipótesis de PAH explica la mayor probabilidad de ensamblar moléculas similares al ARN, carece de evidencia experimental para tal ensamblaje. La evidencia indirecta de la hipótesis está en el paso de 0,34 nm para el ARN, que es lo mismo que el paso de "pila". Otro argumento a favor del Mundo PAH es la alta prevalencia de PAH en el Universo y la posibilidad de obtener los componentes restantes para el mundo PAH de la " sopa primordial ". [1] [2]
El experimento de Miller-Urey en 1952 demostró la síntesis de moléculas orgánicas , como aminoácidos , formaldehído y monosacáridos , a partir de precursores inorgánicos iniciales que pueden haber estado presentes en la sopa primordial.
El estudio de las propiedades del ARN mostró que las moléculas de ARN son capaces de almacenar, transmitir y multiplicar información genética , y también son capaces de catalizar reacciones como ribozimas . Como resultado, en 1968-1986, se formó la hipótesis del mundo del ARN , en la que las moléculas de ARN precedieron a la vida moderna del ADN - ARN - proteína , aisladas del entorno externo por una membrana .
Sin embargo, faltan varios pasos en esta imagen de la evolución química, como la forma en que surgieron las primeras moléculas de ARN. La hipótesis del mundo PAH fue propuesta por Simon Nicholas Platts en mayo de 2004 en un intento de completar un paso faltante [3] . Una idea más desarrollada fue publicada en 2006 por Ehrenfreund et al. [4]
Los hidrocarburos poliaromáticos están ampliamente distribuidos en el universo visible y probablemente estuvieron presentes en la sopa primordial de la Tierra primitiva [5] . Los PAH, junto con los fullerenos (o buckyballs), se han encontrado en nebulosas cósmicas [2] . Según la astrónoma Letizia Stanghellini, es posible que las buckybolas del espacio exterior fueran las semillas de la vida en la Tierra [6] .
Por lo general, los PAH son poco solubles en agua de mar , pero mediante la exposición ionizante a la luz ultravioleta solar , los átomos de hidrógeno externos pueden escindirse y reemplazarse con un grupo hidroxilo , lo que hace que los PAH sean más solubles en agua.
Estos PAH modificados son anfifílicos , lo que significa que tienen partes hidrofílicas e hidrofóbicas . Como resultado, se autoensamblan en pilas parecidas a lípidos girando las partes hidrofóbicas una hacia la otra.
La hipótesis mundial de PAH ha llevado a los astrónomos a investigar la abundancia de PAH en el universo. En 2014, la NASA publicó una base de datos de investigación de la que se deduce que alrededor del 20 % del carbono de las nebulosas del universo se encuentra en forma de PAH. [7] Los PAH podrían haber sido traídos desde el espacio a la Tierra durante el bombardeo de meteoritos al comienzo de su formación en su superficie. El argumento a favor de esta hipótesis es el descubrimiento de trazas de PAH en el meteorito ALH 84001 . [8] Según un estudio de la NASA, las moléculas de PAH también son un material común en los cometas. [1] Archivado el 26 de febrero de 2019 en Wayback Machine . En 2018, los investigadores descubrieron el proceso de síntesis de PAH en la atmósfera de Titán. [2] Copia de archivo fechada el 26 de febrero de 2019 en Wayback Machine . Estos datos fortalecen las posiciones de la hipótesis del Mundo PAH en comparación con las hipótesis alternativas de los mundos anteriores al Mundo del ARN , ya que la presencia de una gran cantidad del material fuente principal en la naturaleza ha sido probada para la hipótesis del mundo PAH.
En pilas de PAH autoorganizadas, la distancia entre anillos adyacentes es de 0,34 nm. A la misma distancia se encuentran las bases nitrogenadas adyacentes en las moléculas de ARN y ADN. Las moléculas más pequeñas se unirán naturalmente a los anillos de PAH. Sin embargo, los anillos de PAH tienden a rotar entre sí, lo que provocará colisiones de los compuestos moleculares unidos con los anillos adyacentes. Todo esto provoca la unión específica a moléculas planas , como las bases nitrogenadas de pirimidina y purina , componentes clave (y portadores de información) del ARN y el ADN. Estas bases también son anfifílicas y se alinean en pilas similares.
Se plantea la hipótesis de que después de la adición de bases nitrogenadas a los anillos de PAH a través de enlaces de hidrógeno , la brecha entre las bases determina la elección de una molécula de unión de cierto tamaño, como un pequeño oligómero de formaldehído (también presente en el caldo primordial), que se une a las bases nitrogenadas ya por enlaces covalentes [1] [3] .
Un aumento subsiguiente a corto plazo en la acidez ambiental , como por ejemplo de erupciones volcánicas que liberaron gases ácidos ( dióxido de azufre , dióxido de carbono ), puede haber provocado que las bases nitrogenadas se desprendan del esqueleto de PAH, formando moléculas similares al ARN (con un esqueleto de formaldehído en su lugar). del esqueleto de azúcar-fosfato utilizado por el ARN moderno, pero con el mismo paso de 0,34 nm) [1] .
Al desarrollar la hipótesis, se puede suponer que las cadenas similares a ARN, después de separarse de las pilas de PAH, comenzaron a plegarse sobre sí mismas mediante la unión complementaria entre bases nitrogenadas mediante enlaces de hidrógeno, formando estructuras similares a ARN estables y parcialmente bicatenarias similares a las ribozimas . Los oligómeros del esqueleto de formaldehído finalmente fueron reemplazados por moléculas de fosfato de azúcar más estables. Todo esto creó los requisitos previos para un mundo de ARN diverso , en el que las moléculas de ARN ya han evolucionado [1] [3] [9] .
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