¿Cómo surgieron las primeras células en la Tierra? En una célula mínima, una membrana separa las proteínas y el ARN del entorno acuoso circundante. Las membranas similares a células se ensamblan espontáneamente a partir de tensioactivos prebióticos simples llamados ácidos grasos. Sin embargo, las membranas de ácidos grasos son inestables en soluciones que contienen sales que probablemente estaban presentes en los ambientes de la Tierra primitiva. Descubrimos que los aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas, se unen a las membranas de los ácidos grasos y las estabilizan frente a las sales. Además, la estabilización mejorada persiste después de la dilución, como ocurriría cuando una piscina deshidratada se vuelve a llenar con agua, un escenario probable para la aparición de células. Además de explicar cómo se estabilizaron las primeras membranas, nuestros hallazgos responden a cómo se dispusieron los componentes clave de las primeras células.
Las membranas de las primeras protocélulas de la Tierra primitiva probablemente se autoensamblaron a partir de ácidos grasos. Un desafío importante para comprender cómo pudieron surgir las protocélulas y resistir los cambios en su entorno es que las membranas de ácidos grasos son inestables en soluciones que contienen altas concentraciones de sal (como las que habrían prevalecido en los primeros océanos) o cationes divalentes (que habrían sido necesarios). para catálisis de ARN). Para probar si la inclusión de aminoácidos aborda este problema, combinamos técnicas directas de microscopía crioelectrónica y microscopía de fluorescencia con técnicas de espectroscopia de RMN, ensayos de filtración centrífuga y mediciones de turbidez. Encontramos que un conjunto de aminoácidos prebióticos no modificados se une a las membranas de ácidos grasos prebióticos y que un subconjunto estabiliza las membranas en presencia de sal y Mg 2+ . Además, encontramos que no es necesario que las concentraciones finales de los aminoácidos sean altas para provocar estos efectos; la estabilización de la membrana persiste después de la dilución, como habría ocurrido durante la rehidratación de piscinas secas o parcialmente secas. Además de proporcionar un medio para estabilizar las membranas de las protocélulas, nuestros resultados abordan el desafío de explicar cómo las proteínas podrían haberse colocalizado con las membranas. Los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, y nuestros resultados son consistentes con un circuito de retroalimentación positiva en el que los aminoácidos se unen a membranas de ácidos grasos autoensambladas, lo que resulta en la estabilización de la membrana y, a su vez, conduce a una mayor unión. Las altas concentraciones locales de componentes moleculares en la superficie de las membranas de ácidos grasos pueden haber ayudado a la eventual formación de proteínas.
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1900275116