La vida comenzó con el ARN

La investigación de ácidos nucleicos es uno de los puntos calientes de la biología. Debido a las propiedades únicas del ARN, se utilizan cada vez más en medicina y tecnología. Pero hasta ahora solo un estrecho círculo de especialistas lo sabe.

Ácido ribonucleico, de lo contrario, ARN, sin suerte. No es tan conocido como su "pariente" cercano: el ADN, a pesar de la gran similitud química. Sin embargo, los descubrimientos de los últimos veinte años han cambiado radicalmente nuestra visión sobre el papel y la función de estas, como se vio después, moléculas muy "hábiles". El fruto de estos descubrimientos fue una idea fundamentalmente nueva de que la vida moderna fue precedida por un antiguo "mundo de ARN" completamente autosuficiente.

Como suele ocurrir, los nuevos conocimientos, ampliando el horizonte, dieron lugar a un montón de nuevas preguntas. ¿Cuáles fueron los mecanismos de "evolución" en el mundo del ARN? ¿Por qué, dónde y cómo aparecieron el ADN y las proteínas? ¿Cómo ocurrió la transición del "mundo del ARN" al mundo moderno? El académico Valentin Viktorovich Vlasov y su hijo, Candidato a Ciencias Químicas, Alexander Vlasov, informan a los lectores sobre las búsquedas que se llevan a cabo en esta dirección.

¿Por qué una serie de artículos dedicados al problema del origen de la vida incluye un artículo sobre el ARN, y no sobre otras moléculas orgánicas más conocidas, el ADN o las proteínas? Quizás nuestros lectores hayan oído hablar del ARN, pero ¿qué? No estamos seguros de nada notable, por una simple razón: hasta ahora solo los biólogos saben que es el ARN las moléculas "mágicas" que dieron origen a la vida. Que una vez en la antigüedad, en una Tierra recién enfriada, surgió y existió un misterioso "mundo de ARN"...

Antes de dirigirnos al "comienzo de los comienzos", acumulemos los conocimientos necesarios sobre la estructura de los ácidos nucleicos: ADN(desoxirribonucleico) y ARN (ribonucleico). En términos de su composición química, el ARN es un gemelo, aunque no un gemelo completo, del ADN, el principal guardián de la información genética en una célula viva. Los ácidos nucleicos son macromoléculas poliméricas que consisten en unidades individuales - nucleótidos. El esqueleto de una macromolécula es una molécula de azúcar de cinco carbonos conectada por residuos de ácido fosfórico. Una base nitrogenada está unida a cada molécula de azúcar. Los nucleótidos que difieren entre sí solo por diferentes bases nitrogenadas se designan con las letras A, U, G, C (en el ARN) y A, T, G, C (en el ADN).

Para ser honesto, nadie pensó en el ARN durante muchos años. Había un dogma de que hay una célula, hay cromosomas en los que hay ADN, el guardián de la información genética.
Finalmente, las proteínas se sintetizan en los ribosomas. Y el ARN, está en algún punto intermedio, un portador de información del ADN, y nada más. Y luego llovieron descubrimientos que nos hicieron ver el ARN de una manera completamente diferente. La principal diferencia entre los ácidos nucleicos es su componente carbohidrato. En el ARN, el azúcar es la ribosa y en el ADN es la desoxirribosa: donde el ADN tiene un átomo de hidrógeno (H), el ARN tiene un grupo hidroxi (OH). Los resultados de tales diferencias insignificantes, para el ojo inexperto, son sorprendentes. Por lo tanto, el ADN existe principalmente en forma de hélices rígidas bien conocidas, en las que dos hebras de ADN se mantienen unidas mediante la formación de enlaces de hidrógeno entre nucleótidos complementarios.

Los ARN también pueden formar hélices de doble cadena similares a las del ADN, pero en la mayoría de los casos los ARN existen en estructuras enrolladas complejas. Estas estructuras se forman no solo debido a la formación de los enlaces de hidrógeno mencionados entre diferentes regiones de ARN, sino también debido al grupo hidroxi ribosa, que puede formar enlaces de hidrógeno adicionales e interactuar con el ácido fosfórico y los iones metálicos. Las estructuras globulares del ARN no solo se asemejan exteriormente a las estructuras de las proteínas, sino que también se acercan a ellas en propiedades: pueden interactuar con una amplia variedad de moléculas, tanto pequeñas como poliméricas.

¿Quién es considerado "Vivo"?

¿Por qué llamamos al ARN el antepasado de la vida existente actualmente? Para responder a esta pregunta, averigüemos dónde está el límite entre lo vivo y lo no vivo.

Dado que científicos de diferentes campos están trabajando en el problema del origen de la vida, cada uno opera en términos de una ciencia cercana a él. Los químicos definitivamente recordarán la palabra "catalizador", los matemáticos - "información". Los biólogos considerarán vivo un sistema que contiene una sustancia (programa genético) que se puede copiar (o, de manera simple, multiplicar). Al mismo tiempo, es necesario que en el curso de dicha copia puedan ocurrir algunos cambios en la información hereditaria y surjan nuevas variantes de sistemas, es decir, debe existir la posibilidad evolución. Los biólogos también notarán que tales sistemas deben estar espacialmente aislados. De lo contrario, los sistemas más avanzados que han surgido no podrán aprovechar sus beneficios, ya que sus catalizadores más eficientes y otros productos “flotarán” sin obstáculos hacia el medio ambiente.

Entonces, ¿cómo se aislaron del medio ambiente los primeros sistemas moleculares? Las colonias de moléculas podrían, por ejemplo, mantenerse unidas por adsorción en alguna superficie mineral o partículas de polvo. Sin embargo, es posible que ya los sistemas más primitivos, como las células vivas modernas, tuvieran una cubierta de membrana real. El hecho es que tal "protocélula" con una membrana lipídica se puede formar de manera muy simple. Muchas moléculas con grupos cargados (por ejemplo, ácidos grasos) forman burbujas microscópicas en el medio acuático - liposomas. Esta palabra debería ser bien conocida por la hermosa mitad de nuestros lectores: los liposomas se usan ampliamente en cremas cosméticas: pequeñas cápsulas grasas están llenas de vitaminas y otras sustancias biológicamente activas. Pero, ¿de qué estaban llenas las antiguas "protocélulas"? Resultó que es el ARN el que dice ser el "relleno".

¿El ARN puede con todo?

La vida, sin duda, tuvo que comenzar con la formación de moléculas "hábiles" que pudieran reproducirse y realizar todos los demás "trabajos domésticos" necesarios para la existencia de la célula. Sin embargo, ni el ADN ni la proteína son adecuados para el papel de tales artesanos. El ADN es un excelente almacén de información genética, pero no puede reproducirse a sí mismo. Las proteínas son catalizadores insuperables, pero no pueden funcionar como "programas genéticos". Surge una paradoja del huevo y la gallina: el ADN no puede formarse sin proteína y la proteína no puede formarse sin ADN. Y solo el ARN, como se vio después, puede hacer TODO. Pero no nos adelantemos.

Consideremos las funciones conocidas desde hace mucho tiempo del ARN relacionadas con el trabajo ( expresión) gen en la célula. Cuando se activa un gen, primero se produce el desenrollado del ADN local y se sintetiza una copia de ARN del programa genético. Como resultado de un procesamiento complejo con sus proteínas especiales, se obtiene la matriz de ARN ( ARNm), que es el programa para la síntesis de proteínas. Este ARN se transfiere del núcleo al citoplasma de la célula, donde se une a estructuras celulares especiales: ribosomas, verdaderas "máquinas" moleculares para la síntesis de proteínas. La proteína se sintetiza a partir de aminoácidos activados unidos a ARN de transferencia específicos (tRNA), cada aminoácido unido a su propio ARNt específico. Gracias al tRNA, el aminoácido se fija en el centro catalítico del ribosoma, donde se "cose" a la cadena proteica sintetizada. Se puede ver a partir de la secuencia de eventos considerada que las moléculas de ARN juegan un papel clave en la decodificación de la información genética y la biosíntesis de proteínas.

Cuanto más profundizamos en el estudio de varios procesos biosintéticos, más a menudo descubrimos funciones previamente desconocidas del ARN. Resultó que además del proceso transcripciones(síntesis de ARN mediante la copia de una sección de ADN) en algunos casos, por el contrario, puede ocurrir la síntesis de ADN en plantillas de ARN. Este proceso, llamado transcripción inversa, usan muchos virus en su desarrollo, incluidos los infames virus oncogénicos y el VIH-1, que causa el SIDA.

Por lo tanto, resultó que el flujo de información genética no es, como se pensó originalmente, unidireccional: del ADN al ARN. El papel del ADN como originalmente el principal portador de información genética comenzó a ser cuestionado. Además, muchos virus (gripe, encefalitis transmitida por garrapatas y otros) no utilizan el ADN como material genético en absoluto, su genoma se construye exclusivamente a partir del ARN. Y luego, uno tras otro, llovieron descubrimientos que nos hicieron ver el ARN de una manera completamente diferente.

Sobre todas las "moléculas" Master

Lo más sorprendente fue el descubrimiento de la capacidad catalítica del ARN. Anteriormente, se pensaba que solo las proteínas y las enzimas podían catalizar reacciones. Los científicos, por ejemplo, no pudieron aislar las enzimas que cortan y entrecruzan parte del ARN. Después de una larga investigación, resultó que los ARN hacen un gran trabajo al hacer esto por sí mismos. Las estructuras de ARN que actúan como enzimas se denominan ribozimas(por analogía con enzimas, proteínas catalíticas). Pronto se descubrió una amplia variedad de ribozimas. Son especialmente utilizados para manipular su ARN por virus y otros agentes infecciosos simples. Por lo tanto, los RNA resultaron ser polivalentes: pueden actuar como portadores de información hereditaria, pueden servir como catalizadores, vehículos de aminoácidos y formar complejos altamente específicos con proteínas.

La certeza final de que el "mundo del ARN" realmente existía se produjo después de que los detalles de la estructura de los cristales de los ribosomas fueran revelados por el análisis de difracción de rayos X. Los científicos esperaban encontrar allí una proteína que catalice el entrecruzamiento de aminoácidos en una secuencia de proteínas. ¡Imagínese su sorpresa cuando resultó que no hay ninguna estructura de proteína en el centro catalítico de los ribosomas, que está completamente construido a partir de ARN! Resultó que todas las etapas clave de la biosíntesis de proteínas son realizadas por moléculas de ARN. Se estableció el punto en la discusión sobre la posibilidad de la existencia del "mundo de ARN" como una etapa especial de la evolución biológica.

Por supuesto, aún no se ha reconstruido el panorama completo: hay muchos problemas sin resolver. Por ejemplo, en una célula moderna, la activación de aminoácidos y su unión a los ARNt correspondientes se lleva a cabo mediante proteínas enzimáticas específicas. Surgen interrogantes: ¿podría llevarse a cabo esta reacción sin la participación de proteínas, solo con la ayuda del ARN? ¿Podrían los propios ARN catalizar la síntesis de ARN a partir de nucleótidos o la adición de bases nitrogenadas al azúcar? En general, después del descubrimiento de las ribozimas, tales capacidades potenciales del ARN ya no estaban en duda. Pero la ciencia requiere que las hipótesis sean verificadas experimentalmente.

Evolución darwiniana in vitro

Un buen método a menudo permite una revolución en la ciencia. Lo mismo puede decirse del método reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que le permite multiplicar los ácidos nucleicos en cantidades ilimitadas. Describamos brevemente la esencia del método. Para la propagación del ADN en el método de PCR, se utilizan enzimas de ADN. polimerasa, es decir, esas mismas enzimas que, durante la reproducción celular, sintetizan cadenas de ADN complementarias a partir de monómeros de nucleótidos activados.

En el método de PCR, una mezcla de nucleótidos activados, la enzima ADN polimerasa y la denominada cebadores- oligonucleótidos complementarios a los extremos del ADN propagado. Cuando la solución se calienta, las hebras de ADN se separan. Luego, al enfriarse, los cebadores se unen a ellos, formando fragmentos cortos de estructuras helicoidales. La enzima une nucleótidos a los cebadores y ensambla una cadena que es complementaria a la cadena del ADN original. Como resultado de la reacción de un ADN de doble cadena, se obtienen dos. Si repite el proceso, obtiene cuatro cadenas y, después de n repeticiones, 2n moléculas de ADN. Todo es muy simple.

La invención de la PCR y el desarrollo de métodos para la síntesis química del ADN hizo posible crear una asombrosa tecnología de selección molecular. El principio de la selección molecular también es simple: en primer lugar, se sintetizan muchas moléculas con diferentes propiedades (las llamadas biblioteca molecular), y luego se seleccionan moléculas con la propiedad deseada de esta mezcla.

Las bibliotecas de ácidos nucleicos son mezclas de moléculas que tienen la misma longitud pero difieren en la secuencia de nucleótidos. Se pueden obtener si, durante la síntesis química en un sintetizador automático, los cuatro nucleótidos se agregan simultáneamente en cada etapa de la elongación de la secuencia de nucleótidos. Cada uno de ellos se incluirá en el ácido nucleico en crecimiento con igual probabilidad, dando como resultado 4 variantes de secuencias en cada etapa de unión. Si se sintetiza de esta manera un ácido nucleico con una longitud de n enlaces, entonces la variedad de moléculas obtenidas será 4 elevado a n. Dado que generalmente se utilizan secciones con una longitud de 30-60 monómeros, como resultado de la síntesis, ¡se obtienen de 430 a 460 moléculas diferentes! Cifras familiares solo para los astrónomos.

Dado que, dependiendo de la composición, los ácidos nucleicos se pliegan en diferentes estructuras espaciales, la síntesis de secuencias estadísticas proporciona una gran variedad de moléculas que difieren en sus propiedades. Del ADN resultante, utilizando la enzima ARN polimerasa, se lee el ARN. El resultado es una biblioteca de ARN ya monocatenarios. A continuación, se lleva a cabo un procedimiento de selección: la solución de ARN se pasa a través de una columna que contiene un transportador insoluble con moléculas diana unidas químicamente para "atrapar" el llamado futuro aptámero, es decir, ARN capaz de unirse a ciertas moléculas. A continuación, se lava la columna para eliminar el ARN no unido y, a continuación, se elimina el ARN retenido en la columna debido a la unión a las moléculas diana (esto se puede hacer, por ejemplo, calentando la columna).

Las copias de ADN se realizan a partir de ARN aislado mediante transcripción inversa y se obtienen a partir de ellas moléculas de ADN ordinarias de doble cadena. A partir de este último, es posible leer los aptámeros de ARN deseados y luego multiplicarlos por PCR en cantidades ilimitadas. Por supuesto, esto sucede en el caso ideal, en la práctica todo resulta más complicado. Por lo general, la preparación de ARN original contiene un gran exceso de moléculas "extrañas", de las que es difícil deshacerse. Por lo tanto, el ARN resultante pasa a través de la columna una y otra vez para aislar los ARN que forman los complejos más fuertes con las moléculas diana.

Con este método, se obtuvieron miles de aptámeros de ARN diferentes, que forman complejos específicos con diversos compuestos orgánicos y moléculas.

El esquema considerado de selección molecular se puede aplicar para obtener moléculas con cualquier propiedad. Por ejemplo, se han obtenido ARN que pueden catalizar las reacciones de síntesis de ARN y proteínas: la adición de bases nitrogenadas a la ribosa, la polimerización de nucleótidos activados sobre cadenas de ARN, la adición de aminoácidos al ARN. Estos estudios confirmaron una vez más que, en condiciones de evolución prebiológica, las moléculas de ARN podrían surgir de polímeros aleatorios.
con estructuras y funciones específicas.

¡Haga su pedido!

El método de selección molecular tiene un potencial muy grande. Con su ayuda, es posible resolver el problema de encontrar las moléculas correctas, incluso si no hay una idea inicial de cómo deben organizarse dichas moléculas. Sin embargo, si crea un procedimiento de selección, puede seleccionarlos de acuerdo con el principio de las propiedades requeridas y luego abordar la cuestión de cómo se logran estas propiedades. Demostremos esto con el ejemplo del aislamiento de ARN capaces de unirse a las membranas celulares y modular su permeabilidad.

Los ribocitos antiguos tenían que absorber "nutrientes" del medio ambiente, eliminar los productos metabólicos y dividirse durante la reproducción.
Y todos estos procesos requieren el control de la permeabilidad de la membrana. Dado que creemos que no había otras moléculas funcionales en los ribocitos además del ARN, algún ARN debe haber interactuado con las membranas. Sin embargo, desde un punto de vista químico, son completamente inadecuados para el papel de reguladores de la permeabilidad de la membrana.

Las membranas de las células modernas y los liposomas construidos a partir de ácidos grasos tienen una carga negativa. Dado que los ARN también tienen carga negativa, según la ley de Coulomb, deben ser repelidos de la superficie lipídica y, además, no pueden penetrar profundamente en la capa lipídica. La única forma conocida de que los ácidos nucleicos interactúen con la superficie de las membranas es a través de iones metálicos doblemente cargados. Estos iones cargados positivamente pueden actuar como puentes entre los grupos cargados negativamente en la superficie de la membrana y los grupos fosfato del ácido nucleico. Dado que tales interacciones de puente son bastante débiles, solo un ácido nucleico muy grande puede unirse a la membrana debido a los muchos enlaces débiles con la superficie de la membrana. Entonces, los pequeños enemigos ataron a Gulliver al suelo con muchas cuerdas delgadas.

Aquí el método de selección molecular ayudó a los investigadores. De la biblioteca de ARN, fue posible aislar varias moléculas que se unen con mucho éxito a las membranas y, en una concentración suficientemente alta, ¡incluso las rompen! Estos ARN tenían propiedades inusuales. Parecían ayudarse entre sí: una mezcla de moléculas de diferentes tipos se unían a las membranas mucho mejor que moléculas del mismo tipo. Todo quedó claro después de estudiar las estructuras secundarias de estos ARN. Resultó que tienen bucles con regiones complementarias. Debido a estos sitios, los ARN de "membrana" pueden formar complejos comunitarios que pueden formar múltiples contactos con la membrana y hacer cosas que una sola molécula de ARN no puede hacer.

Este experimento de selección sugirió que el ARN tiene una forma adicional de adquirir nuevas propiedades a través de la formación de complejos supramoleculares. Este mecanismo también podría usarse para mantener la evolución de los sistemas de ARN en forma de colonias en las superficies incluso antes de que estos sistemas adquirieran una membrana aislante.

"World of RNA": ¡Era, es y será!

Muchas pruebas sugieren que sí existió un "mundo de ARN". Es cierto que no está del todo claro dónde. Algunos expertos creen que las etapas iniciales de la evolución no tuvieron lugar en la Tierra, sino que se trajeron a la Tierra sistemas ya funcionalmente activos, que se adaptaron a las condiciones locales. Sin embargo, con productos químicos
y desde un punto de vista biológico, esto no cambia la esencia del asunto. En cualquier caso, sigue siendo un misterio: como resultado de qué procesos en el medio ambiente se formaron los ribocitos y qué componentes existieron. Después de todo, los nucleótidos necesarios para la vida de los ribocitos son moléculas complejas. Es difícil imaginar que estas sustancias puedan formarse en las condiciones de la síntesis prebiótica.

Es posible que los ARN antiguos fueran significativamente diferentes de los modernos. Desafortunadamente, los rastros de estos antiguos ARN no se pueden detectar experimentalmente; estamos hablando de tiempos que están a miles de millones de años de nosotros. Incluso las rocas de aquellos tiempos "se desmoronaron en arena" hace mucho tiempo. Por lo tanto, solo podemos hablar de modelado experimental de procesos que podrían ocurrir en las etapas más tempranas de la evolución molecular.

¿Por qué se produjo la transición del "mundo del ARN" al mundo moderno? Las proteínas, que tienen un conjunto mucho más grande de grupos químicos que el ARN, son los mejores catalizadores y bloques de construcción. Aparentemente, algunos ARN antiguos comenzaron a usar moléculas de proteínas como "herramientas de trabajo". Dichos ARN, que también pudieron sintetizar moléculas útiles del medio ambiente para sus propios fines, recibieron ventajas en la reproducción. Los aptámeros y ribozimas apropiados se seleccionaron naturalmente.
Y luego la evolución hizo su trabajo: surgió el aparato de traducción, y gradualmente la responsabilidad de la catálisis pasó a las proteínas. Las herramientas resultaron ser tan convenientes que obligaron a sus "maestros" a abandonar muchas áreas de actividad.

El lector tiene derecho a preguntar: ¿por qué es necesario estudiar la evolución del ARN, ya que el antiguo "mundo del ARN" ha desaparecido? ¿Es realmente sólo en aras del "puro arte", para satisfacer los intereses de los investigadores fanáticos? Sin embargo, sin conocer el pasado, es imposible comprender el presente. El estudio de la evolución y las posibilidades del ARN puede sugerir nuevas direcciones en la búsqueda de procesos que ocurren en las células vivas modernas. Por ejemplo, recientemente se han descubierto potentes sistemas de regulación de genes de ARN de doble cadena, con la ayuda de los cuales la célula se protege de infecciones virales. Es probable que este antiguo sistema de defensa celular se convierta pronto en terapia.

Por lo tanto, no es de extrañar que en nuestro tiempo, la investigación de ácidos nucleicos siga siendo uno de los puntos calientes de la biología molecular. Debido a las propiedades únicas del ARN, se utilizan cada vez más en medicina y tecnología. El "mundo de ARN" que surgió en tiempos inmemoriales no solo seguirá existiendo de manera invisible
en nuestras células, sino también para renacer en forma de nuevas biotecnologías.

Los editores desean agradecer al personal del Instituto de Biología Química y Medicina Fundamental.
SB RAS Ph.D. norte. VV Kovalya, Ph.D. norte. S. D. Myzin y K. Kh. norte. A. A. Bondar por su ayuda en la preparación del artículo.

No existe una definición generalmente aceptada de la vida. Conocemos una sola vida, la terrenal, y no sabemos cuáles de sus propiedades son indispensables para cualquier vida en general. Se pueden suponer dos de tales propiedades. Esto es, en primer lugar, la presencia de información hereditaria y, en segundo lugar, la implementación activa de funciones destinadas al automantenimiento y la reproducción, así como a la obtención de la energía necesaria para realizar todo este trabajo.

Toda la vida en la Tierra hace frente a las tareas anteriores con la ayuda de tres clases de compuestos orgánicos complejos: ADN, ARN y proteínas. El ADN asumió la primera tarea: el almacenamiento de información hereditaria. Las proteínas son responsables del segundo: realizan todo tipo de "trabajo" activo. Su división del trabajo es muy estricta.

Las moléculas de la tercera clase de sustancias, el ARN, sirven como intermediarios entre el ADN y las proteínas, proporcionando la lectura de la información hereditaria. Con la ayuda del ARN, la síntesis de proteínas se lleva a cabo de acuerdo con las "instrucciones" registradas en la molécula de ADN. Algunas de las funciones que realiza el ARN son muy similares a las de las proteínas (el trabajo activo de lectura del código genético y la síntesis de proteínas), otras se asemejan a las funciones del ADN (almacenamiento y transmisión de información). Y el ARN hace todo esto no solo, sino con la ayuda activa de las proteínas. A primera vista, el ARN parece una "tercera rueda". En principio, no es difícil imaginar un organismo en el que no haya ningún ARN y todas sus funciones se dividan entre el ADN y las proteínas. Es cierto que tales organismos no existen en la naturaleza.

¿Cuál de las tres moléculas apareció primero? Algunos científicos dijeron: por supuesto, las proteínas, porque hacen todo el trabajo en una célula viva, la vida es imposible sin ellas. Ellos objetaron: las proteínas no pueden almacenar información hereditaria, y sin ella, ¡la vida es aún más imposible! ¡Así que el ADN fue el primero!

La situación parecía insoluble: el ADN sin proteínas no vale nada, las proteínas sin ADN. Resultó que tenían que aparecer juntos, al mismo tiempo, y esto es difícil de imaginar. Sobre el ARN "extra" en estas disputas casi olvidado.

Más tarde, sin embargo, resultó que en muchos virus la información hereditaria se almacena en forma de moléculas de ARN, no de ADN. Pero esto se consideró una curiosidad, una excepción. La revolución tuvo lugar en los años 80 del siglo XX, cuando se descubrieron las ribozimas, moléculas de ARN con propiedades catalíticas. Las ribozimas son ARN que realizan un trabajo activo, es decir, lo que se supone que deben hacer las proteínas.

Como resultado, el ARN pasó de ser “casi superfluo” a “casi el principal”. Resultó que ella, y solo ella, puede realizar las dos tareas principales de la vida a la vez: almacenamiento de información y trabajo activo. Quedó claro que es posible un organismo vivo completo, que no tenga proteínas ni ADN, en el que todas las funciones sean realizadas solo por moléculas de ARN. Por supuesto, el ADN es mejor para almacenar información y las proteínas son mejores para "trabajar", pero estos son detalles. Los organismos de ARN podrían adquirir proteínas y ADN más tarde, y al principio prescindir de ellos.

Así apareció la teoría del mundo del ARN, según la cual los primeros seres vivos fueron organismos de ARN sin proteínas y sin ADN. Y el primer prototipo del futuro organismo de ARN podría ser un ciclo autocatalítico formado por moléculas de ARN autorreproductoras - ribozimas, capaces de catalizar la síntesis de sus propias copias.

Personalmente, considero la teoría del mundo del ARN uno de los logros más destacados del pensamiento teórico en biología. A decir verdad, podríamos haberlo pensado antes. Después de todo, se conocen dos tipos de ribozimas desde la década de 1960, aunque entonces no se llamaban ribozimas. Estos son el ARN ribosómico (ARNr), a partir del cual se fabrican "máquinas" moleculares para la traducción (síntesis de proteínas): ribosomas y ARN de transferencia (ARNt), que llevan los aminoácidos necesarios a los ribosomas durante la traducción.

La teoría del mundo del ARN, al principio puramente especulativa, rápidamente "adquiere" datos experimentales. Los químicos han aprendido a crear ribozimas con casi todas las características deseadas. Se hace así. Por ejemplo, queremos crear una molécula de ARN que pueda reconocer y unirse con precisión a la sustancia X. Para hacer esto, se sintetiza una gran cantidad de cadenas de ARN diferentes conectando ribonucleótidos entre sí en un orden aleatorio. Una solución que contiene la mezcla resultante de moléculas de ARN se vierte sobre una superficie recubierta con la sustancia X. Después de eso, solo queda seleccionar y examinar aquellas moléculas de ARN que se han adherido a la superficie. La tecnología es simple, pero realmente funciona. Aproximadamente de esta manera, se obtuvieron ribozimas que catalizan la síntesis de nucleótidos, unen aminoácidos al ARN y realizan muchas otras funciones bioquímicas.

El mundo del ARN es una etapa hipotética en el surgimiento de la vida en la Tierra, cuando conjuntos de moléculas de ácido ribonucleico realizaron tanto la función de almacenar información genética como la de catalizar reacciones químicas. Posteriormente, de sus asociaciones, surgió la vida moderna ADN-ARN-proteína, aislada del ambiente externo por una membrana. La idea del mundo del ARN fue expresada por primera vez por Carl Woese en 1968, luego desarrollada por Leslie Orgel y finalmente formulada por Walter Gilbert en 1986.

Resumen

En los organismos vivos, casi todos los procesos ocurren principalmente debido a las enzimas proteicas. Sin embargo, las proteínas no pueden autorreplicarse y se sintetizan de novo en la célula en función de la información almacenada en el ADN. Pero la duplicación del ADN ocurre solo debido a la participación de proteínas y ARN. Se forma un círculo vicioso, por lo que, en el marco de la teoría de la generación espontánea de la vida, era necesario reconocer la extrema importancia no solo de la síntesis abiogénica de ambas clases de moléculas, sino también de la aparición espontánea de un complejo. sistema de su interconexión.

A principios de la década de 1980, se descubrió la capacidad catalítica del ARN en el laboratorio de T. Chek y S. Altman en EE. UU. Por analogía con las enzimas, los catalizadores de ARN se denominaron ribozimas, por su descubrimiento, Thomas Czek recibió el Premio Nobel de Química en 1989. Además, resultó que el centro activo de los ribosomas contiene una gran cantidad de ARNr. Los ARN también pueden duplicarse y autorreplicarse.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, el ARN podría existir de forma completamente autónoma, catalizando reacciones ʼʼmetabólicasʼʼ, por ejemplo, la síntesis de nuevos ribonucleótidos y autorreproduciéndose, conservando las propiedades catalíticas de ʼʼgeneraciónʼʼ a ʼʼgeneraciónʼʼ. La acumulación de mutaciones aleatorias condujo a la aparición de ARN que catalizan la síntesis de ciertas proteínas, que son un catalizador más eficiente y, por lo tanto, estas mutaciones se fijaron en el curso de la selección natural. Por otro lado, surgieron repositorios especializados de información genética -ADN-. El ARN se ha conservado entre ellos como intermediario.

El papel del ARN en el mundo moderno.

Los rastros del mundo del ARN han permanecido en las células vivas modernas, y el ARN está involucrado en procesos críticos de la vida celular:

1) El principal transportador de energía en las células, ATP, es un ribonucleótido, no un desoxirribonucleótido.

2) La biosíntesis de proteínas se lleva a cabo casi en su totalidad utilizando varios tipos de ARN:

los ARN mensajeros son la plantilla para la síntesis de proteínas en los ribosomas;

los ARN de transferencia entregan aminoácidos a los ribosomas e implementan el código genético;

· El ARN ribosómico es el centro activo de los ribosomas y cataliza la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos.

3) El ARN también es fundamental para la replicación del ADN:

· para iniciar el proceso de duplicación del ADN, se necesita ARN-ʼʼsemillaʼʼ (cebador);

· para la duplicación infinita de ADN, no limitada por el límite de Hayflick, en las células eucariotas, las secciones finales de los cromosomas (telómeros) son restauradas constantemente por la enzima telomerasa, que incluye una plantilla de ARN.

4) En el proceso de transcripción inversa, la información del ARN se reescribe en ADN.

5) En el proceso de maduración del ARN, se utilizan varios ARN que no codifican proteínas, incluidos los ARN nucleares pequeños, los ARN nucleolares pequeños.

Al mismo tiempo, muchos virus almacenan su material genético en forma de ARN y entregan ARN polimerasa dependiente de ARN a la célula infectada para su replicación.

Síntesis de ARN abiogénico

La síntesis abiogénica de ARN a partir de compuestos más simples no ha sido completamente demostrada experimentalmente. En 1975, Manfred Samper y Rudiger Lewis demostraron en el laboratorio de Eigen que en una mezcla que no contiene ARN, pero que solo contiene nucleótidos y Qβ replicasa, el ARN autorreplicante puede surgir espontáneamente bajo ciertas condiciones.

En 2009, un grupo de científicos de la Universidad de Manchester, liderado por John Sutherland, logró demostrar la posibilidad de sintetizar uridina y citidina con alta eficiencia y el grado de fijación del resultado de la reacción (así como con la posibilidad de acumular final productos) bajo las condiciones de la Tierra primitiva. Al mismo tiempo, aunque la síntesis abiogénica de bases de purina se demostró hace mucho tiempo (en particular, la adenina es un pentámero del ácido cianhídrico), su glicosilación por la ribosa libre de adenosina y guanosina hasta ahora solo se ha demostrado en un variante ineficaz.

evolución del ARN

La capacidad de evolución de las moléculas de ARN se ha demostrado claramente en una serie de experimentos. Incluso antes del descubrimiento de la actividad catalítica del ARN, Leslie Orgel y sus colegas llevaron a cabo experimentos de este tipo en California. Se agregó Οʜᴎ a un tubo de ensayo con veneno de ARN: bromuro de etidio, que inhibe la síntesis de ARN. Al principio, el veneno ralentizó la velocidad de síntesis, pero después de unas nueve "generaciones de probeta" de evolución, la selección natural generó una nueva generación de ARN resistente al veneno. Al duplicar sucesivamente las dosis del veneno, se generó una raza de ARN que era resistente a sus concentraciones muy altas. En total, 100 generaciones de tubos de ensayo cambiaron en el experimento (y muchas más generaciones de ARN, ya que las generaciones cambiaron dentro de cada tubo de ensayo). Aunque en este experimento los propios experimentadores agregaron la replicasa de ARN a la solución, Orgel descubrió que los ARN también son capaces de autocopiarse espontáneamente, sin la adición de una enzima, aunque mucho más lentamente.

Posteriormente se llevó a cabo un experimento adicional en el laboratorio de la escuela alemana de Manfred Eigen. Descubrió la generación espontánea de una molécula de ARN en un tubo de ensayo con un sustrato y ARN replicasa. Fue creado por una evolución gradualmente creciente.

Después del descubrimiento de la actividad catalítica de los ARN (ribozimas), Brian Pegel y Gerald Joyce del Scripps Research Institute en California observaron su evolución en un dispositivo automatizado controlado por computadora en experimentos en 2008. El factor que jugó el papel de la presión de selección fue la limitación del sustrato, que incluía oligonucleótidos que la ribozima reconocía y se unía a sí misma, y ​​nucleótidos para la síntesis de ARN y ADN. Al construir copias, a veces había defectos, mutaciones, que afectaban su actividad catalítica (para acelerar el proceso, la mezcla se mutó varias veces usando una reacción en cadena de polimerasa usando polimerasas "inexactas"). Las moléculas se seleccionaron sobre esta base: las moléculas copiadas más rápidamente comenzaron a dominar rápidamente en el medio. A continuación, se eliminó el 90% de la mezcla, y en su lugar se agregó una mezcla fresca con sustrato y enzimas, y se repitió el ciclo nuevamente. Durante 3 días, la actividad catalítica de las moléculas aumentó 90 veces debido a un total de 11 mutaciones.

Estos experimentos prueban que las primeras moléculas de ARN no necesitaban tener propiedades catalíticas suficientemente buenas. Οʜᴎ se desarrolló más tarde en el curso de la evolución bajo la influencia de la selección natural.

En 2009, los bioquímicos canadienses de la Universidad de Montreal K. Bokov y S. Steinberg, después de estudiar el componente principal del ribosoma de Escherichia coli, la molécula 23S-rRNA, demostraron cómo el mecanismo de síntesis de proteínas podría desarrollarse a partir de ribozimas relativamente pequeñas y simples. . La molécula se subdividió en 60 bloques estructurales relativamente independientes, el principal de los cuales es el centro catalítico (centro peptidil-transferasa, PTC, centro peptidil-transferasa), responsable de la transpeptidación (formación de un enlace peptídico). Se demostró que todos estos bloques se pueden separar secuencialmente de la molécula sin destruir su parte restante hasta que solo quede un centro de transpeptidación.
Alojado en ref.rf
Sin embargo, conserva la capacidad de catalizar la transpeptidación. Si cada enlace entre los bloques de la molécula se representa como una flecha dirigida desde el bloque que no se destruye tras la separación hasta el bloque que se destruye, entonces tales flechas no forman un solo anillo cerrado. Si la dirección de los enlaces fuera aleatoria, la probabilidad de que esto sucediera sería inferior a uno entre mil millones. Por lo tanto, esta naturaleza de los enlaces refleja la secuencia de adición gradual de bloques en el proceso de evolución de la molécula, que los investigadores pudieron reconstruir en detalle. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, una ribozima relativamente simple, el centro PTC de la molécula 23S-rRNA, a la que luego se agregaron nuevos bloques, podría estar en el origen de la vida, mejorando el proceso de síntesis de proteínas. El propio PTC consta de dos palas simétricas, cada una de las cuales sostiene la "cola" CCA de una molécula de ARNt. Se supone que dicha estructura surgió como resultado de la duplicación (duplicación) de una pala inicial. ARN funcionales (ribozimas) capaces de catalizar La transpeptidación se obtuvo por evolución artificial. La estructura de estas ribozimas derivadas artificialmente es muy parecida a la estructura del protorribosoma que los autores ʼʼcalcularonʼʼ.

Propiedades de los objetos del mundo de ARN

Hay varias suposiciones sobre cómo se veían los sistemas de ARN autorreplicantes. Muy a menudo, se postula la extrema importancia de las membranas de agregación de ARN o la colocación de ARN en la superficie de los minerales y en el espacio poroso de las rocas sueltas. En la década de 1990, A. B. Chetverin y colaboradores demostraron la capacidad del ARN para formar colonias moleculares en geles y sustratos sólidos cuando crea condiciones para la replicación. Hubo un intercambio libre de moléculas, que podrían intercambiar áreas durante una colisión, lo que se demostró experimentalmente. Todo el conjunto de colonias en relación con esto evolucionó rápidamente.

Después de la aparición de la síntesis de proteínas, las colonias que podían crear enzimas se desarrollaron con más éxito. Aún más exitosas fueron las colonias, que formaron un mecanismo más confiable para almacenar información en el ADN y, finalmente, se separaron del mundo exterior por una membrana lipídica que impedía la dispersión de sus moléculas.

Mundos pre-ARN

El bioquímico R. Shapiro critica la hipótesis del mundo del ARN, creyendo que la probabilidad de aparición espontánea de ARN con propiedades catalíticas es muy baja. En lugar de la hipótesis ʼʼal principio había ARNʼʼ, él propone la hipótesis ʼʼal principio había metabolismoʼʼ, es decir, la ocurrencia de complejos de reacciones químicas - análogos de ciclos metabólicos - con la participación de compuestos de bajo peso molecular que ocurren dentro de compartimentos - limitado espacialmente por membranas formadas espontáneamente u otros límites de fase - áreas. Este concepto se acerca a la hipótesis coacervada de la abiogénesis propuesta por A. I. Oparin en 1924.

Otra hipótesis de síntesis de ARN abiogénico, diseñada para resolver el problema de la baja probabilidad estimada de síntesis de ARN, es la hipótesis del mundo de los hidrocarburos poliaromáticos, propuesta en 2004 y que sugiere la síntesis de moléculas de ARN a partir de una pila de anillos poliaromáticos.

De hecho, ambas hipótesis de los ʼʼmundos pre-ARNʼʼ no rechazan la hipótesis del mundo de ARN, sino que la modifican al postular la síntesis inicial de macromoléculas de ARN replicantes en compartimentos metabólicos primarios o en la superficie de asociados, empujando el ʼʼmundo de ARNʼʼ a la segunda etapa. de abiogénesis.

El académico de la Academia Rusa de Ciencias A. S. Spirin cree que el mundo de ARN no podría haber aparecido y existido en la Tierra, y considera la opción de un origen y evolución extraterrestre (principalmente en cometas) del mundo de ARN.

Candidato de Ciencias Biológicas S. GRIGOROVICH.

En los albores más tempranos de su historia, cuando el hombre adquirió la razón, y con ella la capacidad de pensar en abstracto, se convirtió en prisionero de una necesidad irresistible de explicarlo todo. ¿Por qué brillan el sol y la luna? ¿Por qué fluyen los ríos? ¿Cómo es el mundo? Por supuesto, uno de los más importantes fue la cuestión de la esencia de lo vivo. La marcada diferencia entre los vivos, en crecimiento, y los muertos, inmóviles, era demasiado llamativa para ignorarla.

El primer virus descrito por D. Ivanovsky en 1892 es el virus del mosaico del tabaco. Gracias a este descubrimiento, quedó claro que existen seres vivos más primitivos que la célula.

Microbiólogo ruso D.I. Ivanovsky (1864-1920), fundador de la virología.

En 1924, A. I. Oparin (1894-1980) sugirió que en la atmósfera de la joven Tierra, que consistía en hidrógeno, metano, amoníaco, dióxido de carbono y vapor de agua, se podían sintetizar aminoácidos, que luego se combinaban espontáneamente en proteínas.

El biólogo estadounidense Oswald Avery demostró convincentemente en experimentos con bacterias que son los ácidos nucleicos los responsables de la transmisión de las propiedades hereditarias.

Estructura comparativa de ARN y ADN.

Estructura espacial bidimensional de la ribozima del organismo más simple Tetrahymena.

Representación esquemática del ribosoma, una máquina molecular para la síntesis de proteínas.

Esquema del proceso de "evolución in vitro" (método Selex).

Louis Pasteur (1822-1895) fue el primero en descubrir que los cristales de la misma sustancia, el ácido tartárico, pueden tener dos configuraciones espaciales simétricas especulares.

A principios de la década de 1950, Stanley Miller de la Universidad de Chicago (EE. UU.) realizó el primer experimento que simuló las reacciones químicas que podrían tener lugar en las condiciones de una Tierra joven.

Las moléculas quirales, como los aminoácidos, son simétricas como un espejo, como las manos izquierda y derecha. El término "quiralidad" en sí mismo proviene de la palabra griega "chiros" - mano.

Teoría del mundo del ARN.

Ciencia y vida // Ilustraciones

En cada etapa de la historia, las personas han ofrecido su propia solución al enigma de la aparición de la vida en nuestro planeta. Los antiguos, que no conocían la palabra "ciencia", encontraron una explicación simple y accesible para lo desconocido: "Todo lo que hay alrededor fue creado una vez por alguien". Así aparecieron los dioses.

Desde el momento del nacimiento de las civilizaciones antiguas en Egipto, China y luego en la cuna de la ciencia moderna, Grecia, hasta la Edad Media, las observaciones y opiniones de las "autoridades" sirvieron como el método principal para conocer el mundo. Las observaciones constantes testificaron sin ambigüedades que los vivos, bajo ciertas condiciones, surgen de lo inanimado: mosquitos y cocodrilos, del lodo del pantano, moscas, de la comida podrida y ratones, de la ropa sucia rociada con trigo. Solo es importante observar una cierta temperatura y humedad.

Los "científicos" europeos de la Edad Media, basándose en el dogma religioso de la creación del mundo y la incomprensibilidad de los planes divinos, consideraron posible discutir sobre el origen de la vida solo en el marco de la Biblia y los escritos religiosos. La esencia de lo que Dios creó no se puede comprender, sino que solo se puede "especificar" utilizando información de los textos sagrados o estando bajo la influencia de la inspiración divina. Probar hipótesis en ese momento se consideraba de mala educación, y cualquier intento de cuestionar la opinión de la santa iglesia se consideraba un hecho desagradable, una herejía y un sacrilegio.

El conocimiento de la vida estaba flotando en el agua. Los logros de los filósofos de la antigua Grecia siguieron siendo el pináculo del pensamiento científico durante dos mil años. Los más significativos fueron Platón (428/427 - 347 a. C.) y su discípulo Aristóteles (384 - 322 a. C.). Platón, entre otras cosas, propuso la idea de animar materia inicialmente inanimada debido a la infusión de un alma inmaterial inmortal: la "psique". Así apareció la teoría de la generación espontánea de seres vivos a partir de cosas no vivas.

La gran palabra para la ciencia "experimento" vino con el Renacimiento. Se necesitaron dos mil años para que una persona decidiera dudar de la inmutabilidad de las declaraciones autorizadas de los científicos antiguos. Uno de los primeros temerarios que conocemos fue el médico italiano Francisco Redi (1626 - 1698). Realizó un experimento extremadamente simple pero efectivo: colocó un trozo de carne en varios recipientes, uno de ellos se cubrió con un paño denso, otros con gasa y el tercero se dejó abierto. El hecho de que las larvas de mosca se desarrollaran solo en recipientes abiertos (en los que las moscas podían aterrizar), pero no en recipientes cerrados (que aún tenían acceso al aire), contradecía agudamente las creencias de los partidarios de Platón y Aristóteles sobre una fuerza vital incomprensible que se precipitaba a través de ellos. el aire y transformando la materia inanimada en materia viva.

Este y otros experimentos similares marcaron el comienzo de un período de feroces batallas entre dos grupos de científicos: los vitalistas y los mecanicistas. La esencia de la disputa era la pregunta: "¿Se puede explicar el funcionamiento (y la apariencia) de los seres vivos mediante leyes físicas que también son aplicables a la materia inanimada?" Los vitalistas le respondieron negativamente. "Una célula, solo de una célula, todos los seres vivos, ¡solo de uno vivo!" Esta posición, planteada a mediados del siglo XIX, se convirtió en la bandera del vitalismo. Lo más paradójico de esta disputa es que aún hoy, sabiendo de la naturaleza "inanimada" de los átomos y moléculas que componen nuestro cuerpo y estando generalmente de acuerdo con el punto de vista mecanicista, los científicos no tienen confirmación experimental de la posibilidad del origen. de la vida celular a partir de la materia inanimada. Nadie ha logrado aún "componer" ni siquiera la célula más primitiva a partir de "detalles" "inorgánicos" presentes fuera de los organismos vivos. Entonces, el punto final en esta disputa que hace época aún no se ha establecido.

Entonces, ¿cómo pudo haber surgido la vida en la Tierra? Compartiendo las posiciones de los mecanicistas, ciertamente es más fácil imaginar que la vida primero tuvo que surgir en alguna forma muy simple y primitivamente organizada. Pero, a pesar de la simplicidad de la estructura, debe seguir siendo Vida, es decir, algo que tenga un conjunto mínimo de propiedades que distingan lo vivo de lo no vivo.

¿Qué son, estas propiedades críticas para la vida? ¿Qué distingue realmente a los vivos de los no vivos?

Hasta finales del siglo XIX, los científicos estaban convencidos de que todos los seres vivos están construidos a partir de células, y esta es la diferencia más obvia entre ellas y la materia inanimada. Esto se consideró antes del descubrimiento de los virus, que, aunque más pequeños que todas las células conocidas, pueden infectar activamente a otros organismos, multiplicarse en ellos y producir descendencia con las mismas (o muy similares) propiedades biológicas. El primer virus descubierto, el virus del mosaico del tabaco, fue descrito por el científico ruso Dmitry Ivanovsky (1864-1920) en 1892. Desde entonces, ha quedado claro que criaturas más primitivas que las células también pueden reclamar el derecho a llamarse Vida.

El descubrimiento de los virus, y luego formas aún más primitivas de seres vivos, los viroides, eventualmente hizo posible formular el conjunto mínimo de propiedades que son necesarias y suficientes para que el objeto en estudio sea llamado vivo. Primero, debe ser capaz de reproducir su propia especie. Esta, sin embargo, no es la única condición. Si la sustancia primordial hipotética de la vida (por ejemplo, una célula o molécula primitiva) solo fuera capaz de producir copias exactas de sí misma, en última instancia, no sería capaz de sobrevivir en las condiciones ambientales cambiantes de la Tierra joven y la formación de otras. , formas más complejas (evolución) se volverían imposibles. Por lo tanto, nuestra supuesta "sustancia de la primera vida" primitiva puede definirse como algo que está dispuesto de la manera más simple posible, pero al mismo tiempo capaz de cambiar y transmitir sus propiedades a los descendientes.

En los organismos vivos, casi todos los procesos ocurren principalmente debido a enzimas de naturaleza proteica. Sin embargo, las proteínas no pueden autorreplicarse y se sintetizan de novo en la célula en función de la información almacenada en el ADN. Pero la duplicación del ADN ocurre solo debido a la participación de proteínas y ARN. Se forma un círculo vicioso, por lo que, en el marco de la teoría de la generación espontánea de la vida, era necesario reconocer la necesidad no solo de la síntesis abiogénica de ambas clases de moléculas, sino también de la aparición espontánea de un complejo. sistema de su interconexión, cuya probabilidad es extremadamente pequeña.

A principios de la década de 1980, se descubrió la capacidad catalítica del ARN en el laboratorio de T. Chek y S. Altman en EE. UU. Por analogía con las enzimas, los catalizadores de ARN se denominaron ribozimas, por su descubrimiento, Thomas Check recibió el Premio Nobel de Química en 1989. Además, resultó que el centro activo de los ribosomas contiene una gran cantidad de ARNr. Los ARN también pueden duplicarse y autorreplicarse.

Así, el ARN podría existir de forma totalmente autónoma, catalizando reacciones "metabólicas", por ejemplo, la síntesis de nuevos ribonucleótidos y autorreproduciéndose, conservando las propiedades catalíticas de "generación" en "generación". La acumulación de mutaciones aleatorias condujo a la aparición de ARN que catalizan la síntesis de ciertas proteínas, que son un catalizador más eficiente y, por lo tanto, estas mutaciones se fijaron en el curso de la selección natural. Por otro lado, surgieron repositorios especializados de información genética -ADN-. El ARN se conservó entre ellos como intermediario.

Hay varias suposiciones sobre cómo se veían los sistemas de ARN autorreplicantes. La necesidad de membranas de agregación de ARN o la colocación de ARN en la superficie de los minerales y en el espacio poroso de las rocas sueltas se postula con mayor frecuencia. En la década de 1990, A. B. Chetverin y colaboradores demostraron la capacidad del ARN para formar colonias moleculares en geles y sustratos sólidos cuando crea condiciones para la replicación. Hubo un intercambio libre de moléculas, que podrían intercambiar áreas durante una colisión, lo que se demostró experimentalmente. Todo el conjunto de colonias en relación con esto evolucionó rápidamente.

Después de la aparición de la síntesis de proteínas, las colonias que podían crear enzimas se desarrollaron con más éxito. Aún más exitosas fueron las colonias, que formaron un mecanismo más confiable para almacenar información en el ADN y, finalmente, se separaron del mundo exterior por una membrana lipídica que impedía la dispersión de sus moléculas.

El bioquímico R. Shapiro critica la hipótesis del mundo del ARN, creyendo que la probabilidad de aparición espontánea de ARN con propiedades catalíticas es muy baja. En lugar de la hipótesis "al principio había ARN", propone la hipótesis "al principio había metabolismo", es decir, la aparición de complejos de reacciones químicas, análogos de los ciclos metabólicos, con la participación de compuestos de bajo peso molecular. que ocurren dentro de compartimentos - limitados espacialmente por membranas formadas espontáneamente u otros límites de fase - áreas. Este concepto se acerca a la hipótesis coacervada de la abiogénesis propuesta por A. I. Oparin en 1924.

Otra hipótesis de síntesis de ARN abiogénico, diseñada para resolver el problema de la baja probabilidad estimada de síntesis de ARN, es la hipótesis del mundo de los hidrocarburos poliaromáticos, propuesta en 2004 y que sugiere la síntesis de moléculas de ARN a partir de una pila de anillos poliaromáticos.

De hecho, ambas hipótesis de los "mundos pre-ARN" no rechazan la hipótesis del mundo del ARN, sino que la modifican, postulando la síntesis inicial de macromoléculas de ARN replicantes en compartimentos metabólicos primarios o en la superficie de asociados, empujando al "mundo del ARN " a la segunda etapa de la abiogénesis.