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A8. Protoceldas - Biología

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En algún momento, el material genético temprano debe haber estado encapsulado en vesículas membranosas. ¿Surgirían nuevas propiedades de esta mezcla que podrían tener una ventaja competitiva (evolutiva) sobre cualquiera de los componentes por sí solos y, por lo tanto, serían un paso en el camino hacia la formación de una célula "viva"? La respuesta parece ser afirmativa. Para aliviar ese estrés, podrían adquirir ácidos grasos de otras vesículas de ácidos grasos (o micelas de ácidos grasos), aumentando su área de superficie y, concomitantemente, reduciendo la tensión en la membrana.

Las vesículas de ácidos oleicos se colocaron primero bajo estrés encapsulando sacarosa 1 M en la vesícula y luego diluyéndola en medio hipotónico. El agua entraría e hincharía la vesícula (pero sin reventar ni volver a sellar, como es evidente en los experimentos de control). Luego prepararon vesículas de ácido oleico estresadas y no estresadas en presencia de dos fluoróforos apolares, NBD-PE (excitación a 430 nm, emisión a 530 nm) y Rh-DHPE (emisión a 586 nm). Estos fluoróforos se eligieron para las mediciones de transferencia de energía por resonancia de fluorescencia. Si las vesículas de la membrana cambiaran de tamaño, la señal de FRET cambiaría, según la concentración relativa y la proximidad de los fluoróforos duales. Si aumentara la separación entre las moléculas de la sonda, la señal de FRET disminuiría. Por el contrario, si la vesícula se contrae, la señal FRET aumentaría.

A continuación se muestran los resultados que muestran el efecto de añadir vesículas hinchadas no marcadas a vesículas normales marcadas y vesículas hinchadas marcadas a normales no marcadas. El área de superficie de las vesículas marcadas normales disminuyó en aproximadamente un 25% cuando se añadieron vesículas hinchadas sin marcar, pero no cuando se añadieron vesículas normales sin marcar. Las vesículas hinchadas marcadas aumentaron un 25% en tamaño solo si se mezclaban con vesículas normales sin marcar, no con vesículas hinchadas sin marcar. Por lo tanto, las vesículas hinchadas ganan la competencia y "roban" los lípidos de las vesículas normales.

Ahora, ¿qué pasa con las vesículas hinchadas con ARN encapsulado? El ARN, con su carga asociada y contraiones cargados, también ejerce un estrés osmótico sobre las vesículas. Las etiquetas FRET (los dos fluoróforos) se colocaron en vesículas sin ARN. Los ácidos grasos se eliminaron de las vesículas marcadas isotónicas en presencia de vesículas hinchadas de ARNt sin marcar (panel izquierdo a continuación). Las vesículas marcadas hinchadas con glicerol tomaron ácidos grasos de vesículas no hinchadas (sin ARNt), pero no de vesículas hinchadas de ARNt, ya que ambas estaban hinchadas, por lo que no hubo un impulso neto para reducir la hinchazón por intercambio de lípidos.

Estos resultados muestran que las vesículas con ARN encapsulado tienen una ventaja competitiva (evolutiva) sobre las vesículas normales. Estos datos sugieren que tener un polianión como fuente de material genético es realmente ventajoso para la protocélula. Además, el paso de las membranas modernas a fosfolípidos con ácidos grasos esterificados (en lugar de libres) puede tener membranas estabilizadas, dado el movimiento de ácidos grasos libres a diferentes membranas.