Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana Volumen 67, núm. 3, 2015, p. 421-432 http://dx.doi.org/10.18268/BSGM2015v67n3a6

An interpretation of the oligomerization of amino acids under prebiotic conditions

Fernando G. Mosqueira P. S.^1,*, Alicia Negrón-Mendoza², Sergio Ramos-Bernal²

¹ Dirección General de Divulgación de la Ciencia, Universidad Nacional Autónoma de México. Cd. Universitaria, A.p. 70-487, 04510 México, D.F., México.
² Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México. Cd. Universitaria, A.p. 70 -543, 04510 México, D.F., México.

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Resumen

En este trabajo analizamos la oligomerización de aminoácidos en condiciones prebióticas y con la ayuda de un modelo matemático estocástico simple. Nuestra suposición principal es que la reactividad entre estos monómeros es distinta, tal como los resultados experimentales lo sugieren. Estas condiciones conducen a la síntesis de polímeros aleatorios y sesgados, y no solamente a polímeros aleatorios. Otra forma de expresar este resultado sería decir que obtenemos oligopéptidos prebióticos con aleatoriedad limitada. Para tomar en cuenta la oligomerización de los aminoácidos seguimos una clasificación en 4 grupos: polar positivo (p⁺), polar negativo (p^–), neutro (n), y no-polar (np). Además, hacemos uso de las cadenas de Markov para cuantificar la reactividad entre los aminoácidos, puesto que este proceso (o sucesión de eventos) acontece en el tiempo y en cada etapa el resultado dependerá del azar, de acuerdo a probabilidades de reacción preestablecidas. Así, ordenamos todas las posibles interacciones electromagnéticas por parejas en una matriz de reactividad de 4 x 4. Luego aplicamos este modelo matemático a cada etapa de la reacción de la dicetopiperazina; tanto en sus etapas de iniciación como de elongación. La naturaleza de los aminoácidos provee únicamente un número restringido de iniciadores de la oligomerización. Además, un cuidadoso análisis de la etapa de elongación revela que solamente se producen especies con número impar de monómeros, excluyéndose aquellos con número par de monómeros. Por otra parte, el modelo matemático predice la existencia de estados estacionarios de la cadena de Markov, la cual limita aún más la variabilidad de la población de los oligómeros sintetizados. Subrayamos entonces que los polipéptidos que se producen en un medio prebiótico son aleatorios, claro está, pero están sesgados y tienen una aleatoriedad restringida, debido a las diferencias en polaridad de los aminoácidos participantes. Otra observación importante de este estudio es que en esta oligomerización no se facilitará la colocación de cargas parecidas contiguas, por razones físicas. Al contrario, será más fácil unir cargas con diferente polaridad. Con estos antecedentes, hacemos la predicción para los oligopéptidos así producidos, que los heteropéptidos serán más abundantes que los homopéptidos. Esta situación será de gran utilidad en un ambiente prebiótico, porque posiblemente los heteropéptidos tendrán más funciones pre-catalíticas que los homopéptidos. Vemos entonces el surgimiento natural y el dominio de polipéptidos complejos (tanto co-polipéptidos como hetero-polipéptidos) sobre los homo-polipéptidos, que son más simples. Indudablemente, este es un resultado interesante.

Finalmente y con respecto al principio del sesgo, es insuficiente obtener conclusiones con datos escasos y de oligopéptidos muy cortos (i.e. tripéptidos). Una evaluación cuantitativa del grado de sesgo todavía está por hacerse. El alcance y la efectividad de este principio sigue siendo una pregunta abierta.

Palabras clave: oligopéptidos prebióticos, cadenas de Markov, polipéptidos sesgados, la reacción de la dicetopiperazina, heteropolimerización y homopolimerización, aleatoriedad limitada.