La evolución de los aminoácidos | Scitable | Biología Molecular

Por: Ana Gutiérrez-Preciado, B.Sc. (Departamento de Microbiología Molecular, Univ. Nacional Aut. de México), Héctor Romero, B.Sc. (Laboratorio de Organizacion y Evolución del Genoma, Facultad de Ciencias Igua) y Mariana Peimbert, Ph.D. (Departamento de Ciencias Naturales, Universidad Autónoma Metropolitana) © 2010 Nature Education

Los aminoácidos son una de las primeras moléculas orgánicas en aparecer en la Tierra. ¿De qué están hechos y cómo han evolucionado?

Los aminoácidos desempeñan un papel central en el metabolismo celular, y los organismos los necesitan para sintetizar la mayoría de sus componentes. Muchos de nosotros nos familiarizamos con los aminoácidos cuando aprendimos sobre el proceso de traducción, esto es, la síntesis de proteína desde el código del ARNm. Hasta la fecha, los científicos han descubierto más de 500 aminoácidos en la naturaleza, pero sólo veintidós participan en la traducción. En 1943, Gordon, Martin y Synge utilizaron la cromatografía de partición para separar y estudiar los componentes de las proteínas (Gordon, Martin y Synge 1943), y hubo un gran avance que contribuyó a la rápida identificación de los veinte aminoácidos en las proteínas utilizados por todos los organismos vivos. Después de esta explosión inicial de descubrimientos, dos aminoácidos adicionales, que no son utilizados por todos los organismos, se han añadido a la lista: selenocisteína (Bock 2000) y pirrolisina (Srinivasan et al 2002.).

Aparte de su papel en las proteínas que forman, los aminoácidos tienen muchas funciones biológicas importantes. También son metabolitos de energía, y muchos de ellos son nutrientes esenciales. Los aminoácidos a menudo pueden funcionar como mensajeros químicos en la comunicación entre las células. Por ejemplo, Arvid Carlsson descubrió en 1957 que la amina 3-hydroxytyramine (dopamina) no sólo fue un precursor para la síntesis de adrenalina de la tirosina, sino que también es un neurotransmisor clave. Ciertos aminoácidos tales como la citrulina y la ornitina, que son intermediarios en la biosíntesis de la urea, son importantes intermediarios en diversas vías que implican al metabolismo del nitrógeno. Aunque otros aminoácidos son importantes en varias vías, S-adenosilmetionina actúa como un agente de metilación universal. Lo que sigue es una discusión de los aminoácidos, su biosíntesis, y la evolución de las vías de su síntesis, con un enfoque en el triptófano y la lisina.

Los orígenes de la biosíntesis de nutrientes

Figura 1: Principales acontecimientos en la evolución de la síntesis de aminoácidos
La forma de los aminoácidos se sintetizan ha cambiado durante la historia de la Tierra. El eón Hades representa el tiempo transcurrido desde que se formó la Tierra. El eón Arcaico posterior (aproximadamente 3.500 millones de años) se conoce como la edad de las bacterias y arqueas. El eón Proterozoico fue la reunión de oxígeno en la atmósfera terrestre, y el eón Fanerozoico coincide con la mayor diversificación de los animales, plantas y hongos.© 2010 Nature Education Todos los derechos reservados.

En 1953, Miller y Urey intentaron recrear las condiciones de la Tierra primitiva. En un matraz combinaron amoníaco, hidrógeno, metano y vapor de agua, más chispas eléctricas (Miller 1953). Ellos encontraron las moléculas que se formaron nuevas, e identificaron estas moléculas como once aminoácidos estándar. A partir de esta observación, se postula que los primeros organismos probablemente surgieron en un ambiente similar al que se construyó en su frasco, rico en compuestos orgánicos, ampliamente descritos como la sopa primordial. Esta hipótesis se ve ampliado a la afirmación de que, dentro de esta sopa, los organismos unicelulares evolucionaron a partir de ellos, y como el número de organismos aumentó, los compuestos orgánicos se agotaron. Necesariamente, en este entorno competitivo, aquellos organismos que fueron capaces de biosintetizar sus propios nutrientes a partir de elementos tenían una gran ventaja sobre aquellos que no podían (Figura 1). Hoy en día, la gran mayoría de los compuestos orgánicos se derivan de organismos biológicos que descomponen y reponer los recursos para el sostenimiento de otros organismos. Y, en lugar de surgir a partir de una sopa primordial electrificada, los aminoácidos emergen de la biosíntesis en las reacciones enzimáticas.

¿Cómo se construyen los aminoácidos?

Tal como se deduce por la raíz de la palabra (amino), el átomo clave en la composición de los aminoácidos es el nitrógeno. La última fuente de nitrógeno para la biosíntesis de los aminoácidos es nitrógeno atmosférico (N2) un gas casi inerte. Sin embargo, para ser metabólicamente útil, el nitrógeno atmosférico debe ser reducido. Este proceso, conocido como fijación del nitrógeno, se produce sólo en ciertos tipos de bacterias. Aunque el nitrógeno es uno de los elementos químicos más importantes en los sistemas vivos, N2 es casi no reactivo (y muy estable) debido a su triple enlace (N≡N). Esta unión es extremadamente difícil de romper porque los tres enlaces químicos tienen que ser separados y luego unidos a diferentes compuestos.

Las Nitrogenasas son la única familia de enzimas capaces de romper este enlace (es decir, lleva a cabo la fijación de nitrógeno). Estas proteínas utilizan una colección de iones metálicos como los portadores de electrones que son responsables de la reducción de N2 a NH3. Todos los organismos pueden utilizar este nitrógeno reducido (NH3) para hacer los aminoácidos. En los seres humanos, el nitrógeno reducido entra en el sistema fisiológico por fuentes alimenticias que contienen aminoácidos. Todos los organismos contienen la glutamato deshidrogenasa y la glutamina sintetasa, que convierten el amoníaco en glutamato y glutamina, respectivamente. Los grupos amino y amida de estos dos compuestos se pueden transferir a otras cadenas de carbono por transaminación y transamidación, reacciones para hacer aminoácidos. Curiosamente, la glutamina es el donante universal de grupos amina para la formación de muchos otros aminoácidos, así como muchos productos biosintéticos. La glutamina es también un metabolito clave para el almacenamiento de amoníaco. Todos los aminoácidos, con la excepción de la prolina, tienen un grupo amino primario (NH2 ) y un ácido carboxílico (COOH). Ellos se distinguen unos de los otros principalmente por los radicales unidos al átomo de carbono central.

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1 comentario

Archivado bajo Bioquímica, Evolución

Una respuesta a “La evolución de los aminoácidos | Scitable | Biología Molecular

  1. Aquí tenéis un gran artículo escrito por unos científicos mexicanos que investigan la bioquímica desde un punto de vista evolutivo. Me gustó mucho y es muy instructivo. Tiene un nivel INTERMEDIO en SCITABLE pero creo que es muy instructivo y didáctico. A LEER!