Experimento Miller-Urey

El experimento de Miller-Urey  es un conocido experimento clásico en el que se simularon condiciones hipotéticas del período temprano del desarrollo de la Tierra para probar la posibilidad de evolución química . De hecho, se trataba de una prueba experimental de la hipótesis , previamente expresada por Alexander Oparin y John Haldane , de que las condiciones que existían en la Tierra primitiva favorecían reacciones químicas que podían conducir a la síntesis de moléculas orgánicas a partir de inorgánicas. Realizada en 1953 por Stanley Miller y Harold Urey . El aparato diseñado para el experimento incluía una mezcla de gases consistente con las ideas sobre la composición de la atmósfera de la Tierra primitiva en la década de 1950, y las descargas eléctricas pasaban a través de ella (simulando la caída de un rayo en el suelo). El experimento de Miller-Urey se considera uno de los experimentos más importantes en el estudio del origen de la vida en la Tierra. El análisis primario mostró la presencia de 5 aminoácidos en la mezcla final . Sin embargo, un nuevo análisis más preciso publicado en 2008 mostró que el experimento resultó en la formación de 22 aminoácidos [1] .

Descripción del experimento

El aparato ensamblado constaba de dos matraces conectados por tubos de vidrio en un ciclo. El gas que llenaba el sistema era una mezcla de metano (CH 4 ), amoníaco (NH 3 ), hidrógeno (H 2 ) y monóxido de carbono (CO). Un matraz estaba lleno hasta la mitad con agua, que se evaporaba al calentarse, y el vapor de agua caía en el matraz superior, donde se aplicaban descargas eléctricas mediante electrodos, imitando las descargas de rayos en la Tierra primitiva. A través de un tubo enfriado , el vapor condensado regresa al matraz inferior, proporcionando una circulación constante.

Después de una semana de ciclos continuos, Miller y Urey descubrieron que entre el 10 y el 15 % del carbono se había convertido en forma orgánica. Alrededor del 2% del carbono resultó estar en forma de aminoácidos, siendo la glicina el más abundante de estos. También se han encontrado azúcares , lípidos y precursores de ácidos nucleicos . El experimento se repitió varias veces en 1953-1954. Miller usó dos versiones del aparato, uno de los cuales, el llamado. "volcánico", tenía una cierta constricción en el tubo, lo que provocaba un flujo acelerado de vapor de agua a través del matraz de descarga, lo que, en su opinión, simulaba mejor la actividad volcánica . Curiosamente, un nuevo análisis de las muestras de Miller, realizado 50 años después por el profesor y su antiguo colaborador Jeffrey Bada  utilizando métodos de investigación modernos, encontró 22 aminoácidos en las muestras del aparato "volcánico", es decir, mucho más de lo que se consideró anteriormente.

Miller y Urey basaron sus experimentos en ideas de la década de 1950 sobre la posible composición de la atmósfera terrestre. Después de sus experimentos, muchos investigadores realizaron experimentos similares en varias modificaciones. Se demostró que incluso pequeños cambios en las condiciones del proceso y la composición de la mezcla de gases (por ejemplo, la adición de nitrógeno u oxígeno ) podrían conducir a cambios muy significativos tanto en las moléculas orgánicas resultantes como en la eficiencia del proceso de su síntesis. . En la actualidad, la cuestión de la posible composición de la atmósfera primaria de la Tierra permanece abierta. Sin embargo, se cree que la alta actividad volcánica de esa época también contribuyó a la liberación de componentes como dióxido de carbono (CO 2 ), nitrógeno, sulfuro de hidrógeno (H 2 S), dióxido de azufre (SO 2 ).

Experimento de química

Después de las primeras reacciones, se pudo obtener en la mezcla ácido cianhídrico (HCN), formaldehído (CH 2 O), y otros compuestos activos ( acetileno , cianoacetileno , etc.):

CO 2 → CO + [O] (oxígeno atómico) CH 4 + 2[O] → CH 2 O + H 2 O CO + NH 3 → HCN + H 2 O CH 4 + NH 3 → HCN + 3H 2 ( proceso BMA )

El formaldehído, el amoníaco y el ácido cianhídrico reaccionan mediante el proceso de Strecker en aminoácidos y otras biomoléculas :

CH 2 O + HCN + NH 3 → NH 2 -CH 2 -CN + H 2 O NH 2 -CH 2 -CN + 2H 2 O → NH 3 + NH 2 -CH 2 -COOH ( glicina )

Además, el agua y el formaldehído pueden reaccionar, según la reacción de Butlerov , produciendo azúcares como la ribosa .

El experimento demostró que los aminoácidos que componen la proteína se pueden obtener a partir de productos químicos simples, con el suministro de energía adicional.

Críticas a las conclusiones del experimento

Se critican las conclusiones sobre la posibilidad de evolución química, hechas sobre la base de este experimento.

Como queda claro, uno de los principales argumentos de los críticos es la falta de una quiralidad única en los aminoácidos sintetizados. De hecho, los aminoácidos resultantes eran una mezcla casi a partes iguales de estereoisómeros , mientras que para los aminoácidos de origen biológico, incluidos los que forman parte de las proteínas, el predominio de uno de los estereoisómeros es muy característico. Por esta razón, la síntesis posterior de sustancias orgánicas complejas que subyacen a la vida directamente a partir de la mezcla resultante es difícil.

Mucho más tarde, en 2001, Alan Saghatelian et al. [ 2] demostraron que los sistemas peptídicos autorreplicantes son capaces de potenciar de forma eficaz moléculas de cierta rotación en una mezcla racémica , demostrando así que el predominio de uno de los estereoisómeros podría surgir de forma natural. Además, se ha demostrado que existe la posibilidad de aparición espontánea de quiralidad en las reacciones químicas ordinarias [3] , y también se conocen formas de sintetizar varios estereoisómeros, incluidos hidrocarburos y aminoácidos, en presencia de compuestos ópticamente activos. catalizadores. [4] [5] Sin embargo, nada de eso sucedió explícitamente directamente en este experimento.

Intentan resolver el problema de la quiralidad de otras formas, en particular, a través de la teoría de la introducción de materia orgánica por meteoritos. [6]

El bioquímico Robert Shapiro señaló que los aminoácidos sintetizados por Miller y Urey son moléculas significativamente menos complejas que los nucleótidos . El más simple de esos 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas naturales tiene solo dos átomos de carbono, y 17 aminoácidos del mismo conjunto tienen seis o más. Los aminoácidos y otras moléculas sintetizadas por Miller y Urey no contenían más de tres átomos de carbono. Y nunca se formaron nucleótidos en el curso de tales experimentos [7] .

Véase también

Notas

  1. ↑ Miller hizo más vida , Gazeta.ru (18 de octubre de 2008).
  2. ↑ A. Saghatelian et al. Un replicador de péptido quiroselectivo , Nature 409, 797-801 (15 de febrero de 2001  )
  3. ↑ ¿Es posible la aparición espontánea de asimetría en una reacción química? (enlace no disponible) . Consultado el 9 de noviembre de 2008. Archivado desde el original el 13 de agosto de 2011. 
  4. ↑ Lista de premios Nobel de Química de 2001 [1] Archivado el 19 de octubre de 2009 en Wayback Machine .
  5. ↑ Premio Nobel de Química 2005 [2]
  6. ↑ Shishlova, A. Luz de estrellas distantes y vida en la Tierra  // Ciencia y Vida . - 2000. - Nº 6 . - S. 24-26 .
  7. ↑ Shapiro R. En los orígenes de la vida Texto / R. Shapiro // En el mundo de la ciencia. −2007. -Nº 10. -S.21-29.

Literatura

Enlaces

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