Teoría de los Coacervados de Oparin
En 1922, Oparin publicó una pequeña obra de gran resonancia científica titulada “El origen de la vida”, donde expone una nueva teoría sobre este tema.
Según Oparin, las moléculas orgánicas habían podido evolucionar fuera de todo organismo, reunirse y formar sistemas cada vez más complejos, sometidos a los principios de la evolución, particularmente el de la selección natural.
Las condiciones imperantes cuando se formó la Tierra, según Oparin, fueron totalmente diferentes a las que prevalecen en la actualidad. No existían los gases que constituyen hoy la atmósfera, sino otros como hidrógeno, metano, amoníaco y vapor de agua. Esta mezcla gaseosa, debido a la acción de los rayos solares, dio lugar a la síntesis de gran cantidad de moléculas orgánicas. Muchas de las cuales se precipitaron en los mares y allí se fueron acumulando durante largos períodos de tiempo sin descomponerse, formando lo que él llama “caldo nutrido”. Poco a poco las moléculas se fueron reuniendo entre sí y formaron agregados cada vez más complejos que reciben el nombre de coacervados y que son en realidad coloides proteicos, es decir, una solución donde las partículas de proteínas permanecen en suspensión y tienen un aspecto de gotas semiespesas.
Este proceso de formación vendría acompañado simultáneamente de una selección natural en virtud de la cual los coacervados con mayor capacidad de auto-síntesis evolucionarían hacia formas cada vez más estables y complejas. Probablemente los agregados moleculares obtendrían la energía necesaria de otras moléculas orgánicas existentes en el caldo nutritivo y del proceso elemental de fermentación. Como resultado de la fermentación se fue acumulando el anhídrido carbónico, creando las condiciones favorables para los organismos fotosintéticos.
Los coacervados los podríamos definir como un conjunto de moléculas polimoleculares cuyas células están rodeadas por una película de agua que las delimitan del líquido en el cual flotan.
Sidney Fox: Esferas Proteinoides
Basándose en la idea de los coacervados de Oparin, Sidney Fox demostró que las proteínas producidas térmicamente forman esferas con un diámetro más o menos similar al de una célula bacteriana. Estas esferas, como los coacervados, están separadas del medio externo por una capa superficial. Si se añaden sales al medio, las esferas disminuyen de tamaño. Fox lo atribuye a la pérdida del agua.
Al igual que las células vivientes, las esferas muestran propiedades osmóticas. Además, dos esferas se pueden fusionar o romper al llegar a un tamaño crítico.
En estos coacervados las sustancias orgánicas se concentran y se distribuyen.
Evolución de los Procesos Orgánicos
Las Enzimas
Los biólogos han encontrado que casi todas las reacciones químicas de los seres vivos se realizan por la presencia de ciertas sustancias o cuerpos llamados catalizadores.
Cierto número de sustancias, incluso el agua, pueden actuar como catalizadores para aumentar la velocidad de las reacciones químicas. Hoy sabemos que casi todas las reacciones químicas en los organismos vivos son catalizadas por moléculas de proteínas denominadas enzimas.
Cada enzima en la célula viva cataliza una reacción química determinada, es decir, que las enzimas son específicas en su acción.
Catálisis y Enzimas
Se denomina catálisis al fenómeno que hace posible que las células vivas rompan o descompongan con facilidad los compuestos. Esto se debe a la acción de ciertas sustancias químicas de constitución proteica llamadas enzimas o biocatalizadores.
Las enzimas son catalizadores orgánicos que afectan la velocidad de las reacciones, generalmente activándolas. Actuando como catalizadores, las enzimas aceleran, sincronizan y regulan las reacciones metabólicas.
Naturaleza Química de las Enzimas
Las enzimas son de naturaleza proteica y la más pequeña de ellas está constituida por más de 100 aminoácidos. En línea general, toda enzima presenta dos fracciones:
- Una fracción proteica o apoenzima o apoenzima.
- Un grupo activo ligado a la proteína pero de naturaleza diferente denominado grupo prostético o coenzima.
Nomenclatura
Exceptuando las primeras enzimas que se conocieron, que fueron denominadas por nombres puestos por sus descubridores como ptialina, pepsina, las enzimas se les designa con el nombre del sustrato sobre el cual actúan, añadiendo el sufijo “asa”. Por ejemplo, sobre la urea, “ureasa”.
Especificidad de las Enzimas
Una de las características de las enzimas es su especificidad de acción. La “ureasa”, por ejemplo, solo actúa sobre la urea. Otras, sin embargo, tienen una acción más amplia y actúan sobre varias reacciones que se guardan entre sí ciertas relaciones y, por lo tanto, pueden ejercer su acción sobre varios sustratos.
Acción Enzimática
Las enzimas, al tomar parte con el sustrato, forman un compuesto activo intermediario y pasajero denominado complejo enzima-sustrato.
Sustrato + Enzima => Complejo enzima-sustrato => Productos enzimáticos
Las enzimas y el sustrato forman un compuesto pasajero que se descompone para formar el producto más la molécula de enzima inalterada, que de nuevo está libre para combinarse con otra molécula del sustrato.
Factores que Modifican la Velocidad de las Reacciones Enzimáticas
- Temperatura: Las reacciones enzimáticas siguen la regla general de las reacciones químicas, cuya velocidad aumenta con la temperatura hasta alcanzar su punto óptimo; de allí en adelante la velocidad de reacción comienza a disminuir, provocando la desnaturalización de las enzimas.
- pH: Las enzimas no toleran la acción de ácidos o bases fuertes. Cada una de ellas presenta un pH óptimo en el cual su actividad es máxima.
- Concentración de las enzimas: En muchos casos la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de enzima.
- Concentración de sustrato: La velocidad de reacción aumenta a medida que crece la concentración del sustrato hasta llegar a un punto en el cual dicha velocidad permanece constante.
Función de las Enzimas
- Sintetizan grandes moléculas a partir de sus elementos constitutivos, las proteínas, por ejemplo, a partir de aminoácidos, el almidón por polimerización de la glucosa.
- Liberan la energía acumulada en las sustancias para que el organismo la utilice a medida que la necesite.
- Descomponen grandes moléculas en sus constituyentes simples, permitiendo que por difusión puedan entrar o salir de la célula.
Importancia del Adenosín Trifosfato (ATP)
Hoy sabemos que todo organismo vivo requiere energía para sobrevivir y poder realizar sus funciones. Se cree que los primeros compuestos orgánicos utilizaron la energía de una forma simple.
A medida que las estructuras y la organización de los organismos evolucionan, la necesidad de disponer de energía es cada vez mayor. Los seres vivos van desarrollando medios eficaces mediante los cuales pueden almacenar la energía química potencial.
No se sabe a ciencia cierta cuáles fueron los primeros compuestos orgánicos utilizados por las protocélulas en la obtención de energía. Se cree que serían similares a los que actualmente utilizan las células vivientes. Los más importantes son los hidratos de carbono, como la glucosa, probablemente muy abundante en el medio ambiente en el cual se desarrollaron los primeros organismos heterótrofos. Luego, otros glúcidos de moléculas más complejas, como sacarosa, almidón, celulosa, y glucógeno. Otras fuentes de energía para la vida fueron las grasas y proteínas.
Si la energía liberada en la combustión celular o respiración pasara libremente a la atmósfera o ambiente, el metabolismo resultaría inútil. La energía liberada es almacenada por las células en un compuesto químico del cual puede extraerla a medida que la vaya necesitando. Este compuesto se le conoce con el nombre de adenosín trifosfato (ATP).
La molécula de ATP está constituida por un cuerpo principal compuesto de adenina y ribosa (compuesto nitrogenado de azúcar) que se representan con la letra “A” y de tres radicales de ácido fosfórico que se simbolizan con la letra “P”.
Cada línea ondulada (~) significa un enlace de alta energía e indica que para formarlo se ha requerido de alta energía, la cual será liberada al romperse el enlace.
La diferencia entre un enlace fosfato de alta y baja energía está en la cantidad de energía que libera la hidrólisis de cada uno en el sistema biológico. Los enlaces de alta energía liberan más o menos aproximadamente de 2 a 5 kilocalorías por mol.
Cuando se necesita energía para cualquier actividad celular, como la síntesis de una proteína, se separa uno de los tres grupos fosfatos de la molécula de ATP.