Y yo quiero ser...Biólogo Evolucionista
(Por
Alfonso Ogayar Serrano)
Qué puede llegar a ser un biólogo evolucionista: Intérprete de la
información biológica
Le debo a
Quintín Garrido su sugerencia de figurar como intérprete. La idea inicialmente
me pareció bien y, aunque me sorprendió, se me ajustaba más ser un intérprete
que un especialista acorazado de saber. Algunos sinónimos de interpretar son: descifrar, estudiar y
analizar. Estas definiciones me parecían compatibles con mi trayectoria vital: dudar
de lo que se sabe, como científico, para explicar como profesor. Como todos los niños de los años
50 crecí alimentado a diario de las grandes certezas de aquellos tiempos. En
los 70, la Universidad provocó que mis dudas adolescentes cristalizaran con
fuerza. Íbamos pasando asignaturas y cursos, y acumulando conocimientos; pero estos
eran fragmentados y deslavazados: faltaba la evolución.
De Darwin al sistema inmunitario como modelo de evolución
La coherencia
entre ser vivo y sus condiciones de vida constituye una de las características
más importantes de la teoría evolucionista de Darwin, posteriormente depreciada
por la teoría sintética, así llamada por forzar la síntesis entre el darwinismo
y la genética. La genética comienza cuando Mendel demuestra que los
determinantes hereditarios (genes) se transmiten como partículas independientes
de generación en generación. Mientras Mendel aborda certeramente el estudio de
la herencia, analizando estadísticamente uno o dos caracteres, Darwin resalta la
importancia de la selección, mantenida en el tiempo, de una constelación de
variaciones mediante una fina adaptación al medio natural, no una o unas pocas
muy evidentes. Darwin se centra directamente en el fenotipo: las
características observables de un ser vivo considerado como un todo -la
estructura física y la fisiología del individuo: picos, garras, dientes- y
subraya el carácter conservador y acumulador –y no generador directo de
variaciones- de la selección natural, merced a la reproducción diferencial de
los individuos de una especie que presentan los fenotipos más adecuados. Frente
al pensamiento de Darwin, incluso la visión menos reduccionista de la teoría
sintética planteó posiciones inflexibles de herencia genética dura: ni los
caracteres adquiridos ni las influencias ambientales se heredan. Al formalizarse el denominado “dogma central de la biología molecular”-que,
al menos, tiene la virtud de establecer una relación directa y unidireccional
entre genotipo (secuencia de nucleótidos del ADN) y primer nivel de fenotipo
(secuencia de aminoácidos de las proteínas)- se evita, por fin, la
transferencia mágica entre gen y carácter: el fenotipo tiene que ver con la
secuencia de aminoácidos de cada proteína, que condiciona –pero no determina-
su estructura tridimensional y su función. No conocemos genes que posean en sí
propiedades intrínsecas que los diferencien de otros genes y, realmente, no hay
genes “reguladores” sino genes que codifican proteínas “reguladoras”, según sea
su posición en las rutas celulares.
El
planteamiento del origen y evolución de las proteínas me llevó a iniciar una
tesis doctoral relacionada con el sistema inmunitario, donde interpreté que la
discriminación entre lo propio y lo ajeno se produce sobre la base de lo común
y lo diferencial de la evolución de las proteínas. Tras estudiar los receptores
antigénicos, planteé sendas hipótesis: por una parte, que éstos procedían
evolutivamente de proteínas chaperonas y, por otra, que en la evolución de las
proteínas lo común son los módulos estructurales básicos, seleccionados en la
etapa prebiótica; y lo diferencial la diversidad en la secuencia de
aminoácidos, generada durante la evolución biológica.
Respecto al
reconocimiento inmunológico propuse que los péptidos antigénicos reconocidos
por los linfocitos T -lo que considero común de la estructura de las proteínas-
formarían un empaquetamiento estable, en una suerte de puzle conformacional,
con el sitio de unión de las proteínas de histocompatibilidad que, así,
actuaría como pieza maestra (o comodín) que pudiese interaccionar con cualquier
péptido del puzle. Estas interacciones remedarían la selección de péptidos y
proteínas durante la etapa prebiótica.
Origen, naturaleza y evolución de la información estructural
La hipótesis
del puzle conformacional nos sitúa en un escenario de la evolución proteica en
dos actos:
-Una primera etapa de evolución
prebiótica conformacional donde, a partir de secuencias polipeptídicas formadas
al azar, se produciría el moldeamiento y selección de un corto número de
conformaciones.
-Una segunda etapa donde la
evolución conformacional sigue llevando la batuta pero permitiendo una
dimensión de evolución secuencial, coherente y respetuosa con las
conformaciones seleccionadas previamente.
Respecto al
surgimiento de la información biológica en el origen de la vida, más que
dilucidar la prioridad informativa entre ARN y proteínas, debemos plantearnos: ¿qué
fue antes, la información secuencial o la estructural funcional? Si el
descubrimiento de las ribozimas (ARN autocatalítico) supuso la inclusión del
ARN en el mundo de la actividad enzimática; el descubrimiento de los priones –donde
en la propagación de determinados fenotipos proteicos la conformación se impone
a la secuencia- ha supuesto el reconocimiento de que algunas proteínas son
capaces de almacenar y transmitir información biológica conformacional. El
descubrimiento de los priones como agente infeccioso en determinadas
enfermedades neurodegenerativas de mamíferos -donde una proteína, el prión, se
comporta como un virus- así como determinados procesos de herencia no
mendeliana -donde el prión se comporta aparentemente como un gen, por lo que es
mejor denominarlo conformón- me animó a proponer un paradigma proteocéntrico,
con las proteínas como sujeto principal tanto en el origen de la vida desde lo
inorgánico, como en la evolución molecular que subyace a la evolución celular y
pluricelular: los priones-conformones actuarían como selectores y propagadores
de formas merced a información conformacional. A favor de mi hipótesis de “un
mundo de proteínas-conformones primigenio” está también la mucho mayor
resistencia y estabilidad de éstos, en comparación con el ARN, frente a
ambientes hostiles, como los que se pudieron encontrar en la Tierra primitiva:
además de la presencia de aminoácidos en muchos meteoritos, los priones son muy
resistentes al calor, a los ácidos, y a las radiaciones ionizantes y UV.
Además, se adhieren extremadamente bien y durante mucho tiempo a las arcillas.
Además las proteínas, a diferencia del ARN, no presentan problema alguno para
su síntesis prebiótica.
Paradójicamente,
a partir del establecimiento del código genético -tras un “mundo de ARN
autocatalítico” y un “mundo de proteínas-conformones” en coevolución conformacional-
aparecería el nuevo marco de la evolución biológica, en el que las proteínas se
sintetizan genéticamente, y los ácidos nucleicos son gobernados por las
proteínas como instrumento informativo. En este proceso distinguimos tres
etapas:
-1 Información conformacional
proteínas-ARN. En la coevolución prebiótica, las unidades estructurales proteicas
-miniestructuras terciarias procedentes de secuencias cortas compatibles con el
cambio conformacional- se fueron seleccionando por su capacidad de
interaccionar entre ellas, mediante interacciones débiles no covalentes,
formando así miniestructuras cuaternarias más o menos complejas. De igual
manera, en esta etapa pregenética, interaccionarían con el ARN formando
ribonucleoproteínas; y seleccionando estructuras de uno y otro “mundo” fueron
elaborando el código genético: primero conformacional y luego secuencial.
-2 Primera información secuencial
proteínas-ARNm, mediada por ARNt y ARNr. Este proceso permitiría la formación
de polipéptidos cada vez más largos y eficaces, formados mediante la
acumulación de pequeños cambios secuenciales, compatibles y coherentes con el
cambio conformacional. Efectivamente, entre las principales ventajas
funcionales del código genético tendríamos la transición de estructuras
proteicas discontinuas a un único polipéptido formado –de forma rápida y
precisa- por la unión secuencial covalente de los aminoácidos de éste. Este
proceso se produciría merced a la coselección de dominios proteicos
(estructurales y funcionales) junto con determinados fragmentos salteados de
las cadenas del ARN ambiental, monocatenario y lineal, que, de esta manera,
devendrían en exones.
-3 La información secuencial se
almacena en la molécula del ADN, con lo que se garantiza la estabilidad de las
conquistas estructurales y una variabilidad secuencial coherente con ellas.
Así, en el
paradigma proteocéntrico, la información iría del fenotipo conformacional al
genotipo secuencial, invirtiendo, así, el orden del dogma central.
Volviendo a Darwin
Hay más proteínas
que genes y, sobre todo, más mensajes fenotípicos que ARNm que, en el paradigma
proteocéntrico, resultan de interacciones proteína-proteína y proteína-ligando
en rutas funcionales de cambios conformacionales. En el genoma actual convive
lo pregenético (ribonucleoproteínas), lo genético (exones-proteínas) y lo
epigenético (manejo modular de genes por proteínas).
Así, la información genética
estaría en un marco superior de información biológica estructural que
incluiría:
-Información conformacional de las
proteínas que reside en la disposición singular de sus aminoácidos en su
estructura tridimensional.
-Información de la situación
espaciotemporal de los elementos o partes de las estructuras biológicas y de la
contingencia medioambiental.
Volviendo a
Darwin, la selección natural actuaría sobre organismos distinguibles por sus
fenotipos, generados mediante interacciones proteicas, que tienen un substrato
heredable, tanto genético secuencial como epigenético estructural.
Referencias:
[1]
Presentación antigénica y puzzle conformacional. Una hipótesis (I y II).
Alfonso Ogayar en Inmunología, vol. 10, nº 1, págs. 19-23, 1991; y vol. 10, nº
3, págs. 97-103, 1991.
[2]
Prions: an evolutionary perspective. Alfonso Ogayar, Miguel Sánchez-Pérez en
International Microbiology, vol. 1, nº 3, págs. 183-190, septiembre de 1998.
[3]
Blog “Estructura e información biológica”
Alfonso Ogayar Serrano
Licenciado
en Ciencias Biológicas
Profesor
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esto es Faustino Cordon aplicado
ResponderEliminarLo tomo como un comentario elogioso. Gracias.
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