miércoles, 11 de enero de 2012

Descubren al "culpable" del aumento de oxígeno en la Tierra primitiva

Un punto de inflexión en la historia de la vida en la Tierra se produjo hace entre 3.000 y 2.000 millones de años, con la aparición sin precedente y el aumento dramático del oxígeno molecular. Ahora, investigadores informan que han identificado una enzima que fue la primera - o estuvo entre los primeras - que generaron el oxígeno molecular en la Tierra.

El nuevo estudio, publicado en la revista Structure, se basa en más de una docena de estudios anteriores que tienen como objetivo seguir la evolución molecular de la vida mediante la búsqueda de evidencias de la historia de las estructuras de proteínas de hoy en día.

Estos estudios, dirigidos por el profesor del Instituto de Biología Genómica y experto en ciencias del cultivo de la Universidad de Illinois Gustavo Caetano-Anollés (en la imagen), se centran en las distintas regiones estructurales y funcionales de las proteínas - llamadas pliegues - que forman parte del conjunto de herramientas universales de las células vivas.

Los pliegues de las proteínas son mucho más estables que las secuencias de aminoácidos que las componen, dijo Caetano-Anollés. Las mutaciones u otros cambios en la secuencia a menudo se producen sin alterar la estructura. Esto hace que los pliegues sean marcadores mucho más fiables a largo plazo de los patrones evolutivos, dijo.

En el nuevo estudio, Caetano-Anollés, trabajando con colegas en China y Corea, abordó un antiguo misterio: ¿Por qué algunos de los primeros organismos comienzan a generar oxígeno?

"Hay un consenso científico sobre que alrededor de hace 2.400 millones de años hubo un gran repunte en el oxígeno en la Tierra", dijo Caetano-Anollés. Por lo general, se coincide en que este aumento en el oxígeno, llamado la Gran Oxidación, estaba ligado a la aparición de organismos fotosintéticos.

"Pero el problema viene ahora con la siguiente pregunta", dijo. "El oxígeno es tóxico, entonces... ¿por qué un organismo vivo genera el oxígeno? Algo debe haber provocado esto."

Los investigadores analizaron las respuestas en los "fósiles moleculares" que aún residen en las células vivas. Los investigadores analizaron los pliegues de proteínas en casi un millar de organismos que representan a todos los ámbitos de la vida para montar una línea de tiempo de la historia de la proteína. Su calendario para este estudio se limitó a un solo pliegue de proteínas (que los investigadores creen que es el más antiguo), y fue calibrado usando fósiles microbianos que aparecieron en el registro geológico en fechas específicas.

El análisis reveló que la reacción más antigua del metabolismo aeróbico involucró la síntesis del piridoxal (la forma activa de vitamina B6, que es esencial para la actividad de las enzimas en muchas proteínas) y se produjo hace alrededor de 2.900 millones de años. Una enzima generadora de oxígeno, la catalasa de manganeso, apareció al mismo tiempo.

Otros estudios recientes también sugieren que la respiración aeróbica (a base de oxígeno) comenzó en la Tierra desde 300 hasta 400 millones años antes del Gran Evento de Oxidación, expone Caetano-Anollés. 

Las catalasas convierten el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Los investigadores suponen que los organismos primordiales "descubrieron" esta enzima cuando trataban de adaptarse a una gran cantidad de peróxido de hidrógeno en el medio ambiente. Algunos geoquímicos creen que el peróxido de hidrógeno fue abundante en este momento como consecuencia de la radiación solar intensa en los glaciares que cubrieron gran parte de la Tierra.

"En las aguas de deshielo de los glaciares debió haber una alta concentración de peróxido de hidrógeno, a la que se irían exponiendo una serie de organismos primitivos", dijo Caetano-Anollés. La aparición de la catalasa de manganeso, una enzima que degrada el peróxido de hidrógeno y genera oxígeno como subproducto, lo convierte en un probable culpable "molecular para el aumento de oxígeno en el planeta", dijo.

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