Introducción
El
fósforo
quizá
sea
el
elemento
más
limitante
para
el origen
de la
vida,
su
abundancia
esta
entre
el puesto
diecisiete
de
todos
los
elementos
que
constituyen
la
Tierra;
constituye
alrededor
del
0.04
por
ciento
de la
corteza
terrestre
[10], por
razones
que
se
expondrán
a continuación
es uno
de los
elementos
químicos
fundamentales
para
que
la
vida
surgiese
y se
estableciera
en el
planeta
Tierra.
El
fósforo
es un
elemento
que
dentro
de
los
sistemas
vivos
cumple
un rol
muy
importante
puesto
que
sus
derivados
químicos
funcionan
en los
papeles
bioquímicos
más
relevantes
para
los sistemas
celulares
actuales
estos son
[10]:
- Participación en reacciones metabólicas
- Ser un componente importante de la membrana celular (fosfolípidos)
- Hacer parte de las moléculas que poseen la información genética (ADN y ARN)
Autores
como
Westheimer
han
discutido
porque
la
vida
escogió
el fósforo
y sus
derivados
para
cumplir
las
funciones
anteriormente
mencionadas
en
los
sistemas
vivos;
dicho
autor
propone
que
gracias
a la
ventaja
termodinámica
que
ofrece
este
elemento,
y por
su
multifuncionalidad
los primeros
sistemas
celulares
optaron
por
este
elemento
[6], así
Westheimer
propone
que la
selección
natural
operó
en estos
sistemas
favoreciendo
este
elemento;
puesto
que
se
cree
que
en un principio
los
ésteres
cumplían
la
misma
función
del
fósforo
para
la
obtención
de energía
de los
primeros
sistemas
protocelulares
[6,10].
De hecho
se cree
que
uno
de los
puntos
débiles
que
presentan
las diversas
teorías
del
origen
de la
vida
como
la
hipótesis
de las
arcillas
autorreplicantes
de Cairns-Smith
y el
mundo
pirita-sulfuro
de Wächtershäuser
a la
presencia
de fósforo
[10]
puesto
que
necesitan
de este
elemento
para tener
un sustento
teórico
más
robusto;
se
especula
también
que
los primeros
sistemas
precelulares
tenían
un material
diferente
con
el cual
estaba
constituido
el
esqueleto
de las
moléculas
que
portaban
la
información
genética,
es decir
moléculas
análogas
a los
ácidos
nucleicos,
este
esqueleto
es a
base
de un
polipéptido,
que
puede
ser
un derivado
de un
conjunto
de
poliglicinas,
así
estas
moléculas
se
les
conoce
con
el nombre
de ácidos
nucleicos
peptídicos
o por
sus
siglas
en inglés
PNAs
[12], que
más
tarde y
en el
transcurso
de evolución
de
la
vida
serian
reemplazadas
por
el esqueleto
de un
azúcar
(ribosa
para
el
ARN
y desoxirribosa
para
el ADN)
y fosfato.
Dado esto
se
han
hecho
esfuerzos
para
ver
cómo
y cuáles
son
las
principales
fuentes
de fosfatos
en la
Tierra
primitiva,
también
se
ha pensado
en posibles
fuentes
exógenas
de este
elemento
en la
Tierra
primitiva.
Fósforo
y
su
origen
fuera
de
la
Tierra
El
fósforo
y sus
derivados
pueden
formarse
en el
espacio
interestelar
a través
de una
serie
de procesos
químicos
que
ocurren
en las
estrellas
masivas,
por
la
fusión
de átomos
de carbono
doce
que
da
origen
a diversos
elementos
químicos
entre
los
cuales
podemos
contar
con:
magnesio,
oxigeno
sodio,
silicio
y entre
estos
el
fósforo
produciendo
además
radiación
gamma
[2].
Así
este
elemento
y sus
correspondientes
derivados
pueden
llegar
de tres
formas
a la
Tierra
que son
[1]:
- Meteoritos
- Partículas de polvo interestelar (IDPs por sus siglas en inglés)
- Grandes impactos
Para
el
caso
de
los
meteoritos
los
que
presentan
una
mayor
concentración
de compuestos
derivados
de fósforo
son
los
meteoritos
de hierro,
estos
presentan
de
0.1-0.6
por ciento de
compuestos
de fósforo
en relación
al peso
total
del
meteorito,
además
tenemos
distintos
tipos
de meteoritos
los cuales
cuya
concentración
de compuestos
derivados
del
fósforo
se
muestran
a continuación
[2]:
- Condritas carbonaceas ( 0.1 por ciento)
- Acondritas (0.04 por ciento)
Por otro
lado
tenemos
los IDPs
cuya
concentración
puede
oscilar
alrededor
de un
0.3 por
ciento
de fósforo
en su
peso
total
[2].
Uno de
los
minerales
más
importantes
encontrados
en
los
distintos
tipos
de
meteoritos
que
se
mencionan
bastante
en la
literatura
consultada
es la
escraibersita,
cuya
composición
química
es (Fe,
Ni)3P,
este
mineral
presenta
una
gran
solubilidad
en agua;
por
lo
cual
puede
dar
a origen
a fosfatos
que
pueden
ser usados
por
cualquier
sistema
precelular
[1,2,5].
Así
gracias
al bombardeo
que
sufrió
la
Tierra
primitiva
entre
3.9
a 3.8
billones
de años
se
piensa
que
el
flujo
total
de compuestos
químicos
en los
cuales
podemos
encontrar
el fósforo
es de
2*1020
kilogramos,
otros autores
proponen
que
dicho
flujo
pudo
haber
sido
más
considerable;
alrededor
de 5*1022
kilogramos
[1].
Pero
aparte
de
la
escraibersita
podemos
encontrar
otros tres
minerales
[1] los
cuales
a
su
vez
pueden
formar
fosfatos
al entrar
en
contacto
con
el agua
bajo
determinadas
circunstancias
estos
son:
- Apatita (Ca9(PO4)3(F,CL,OH) composición aproximada
- Whitolickita ( Ca9Mg(PO3OH)(PO4)6 composición aproximada
- Monacita.(grupo de cuatro minerales de Ce ,La ,Nd, Sm que poseen un grupo fosfato)
También
se
han
encontrado
compuestos
de fósforo
con
enlaces
C-P
en
algunos
meteoritos
como
el Murchinson,
este
compuesto
es el
ácido
alquil-fosfónico
que
es susceptible
a hidrólisis
y
descomposición
por
luz
ultravioleta.
Lo
cual
es bastante
interesante
puesto
que
dicho
compuesto
es muy
raro fuera
de los
sistemas
vivos
[8].
Fuentes
de
fósforo
en
la Tierra.
Como
se ha
mencionado
anteriormente
una
de las
mayores
fuentes
de fósforo
en la
Tierra
primitiva
es la
apatita,
otra de las
posibles
fuentes
de fosforo
en la
Tierra
primitiva
pueden
ser
los ortofosfatos
(entre
los
cuales
se
encuentra
también
la
apatita)
y los
metafosfatos
entre
otros minerales
[5,9].
Sin
embargo
la
mayoría
de estos
minerales
son
insolubles
en agua
a temperatura
ambiente,
y la
apatita
no
es la
excepción
ya que requiera altas temperaturas.
Otro
mineral
importante
en la
Tierra
primitiva
es la
hidroxiapatita
que
puede
dar
origen
a fosfatos
[12].
Figura A Figura B Figura C
En la
figura
uno
A se
muestra
la estructura
caracteristica
de
un ortofosfato,
en la
figura uno B
la estructura
del
trimetafosfato
cíclico
y en
la figura
uno
C se
observa
el anión
fosfato,
(imágenes
tomadas
de wikipedia)
Se
han
propuesto
varios
escenarios
en las
cuales
las
altas
temperaturas
desempeñan
un rol
importante
para
solubilizar
estos
minerales,
tenemos
el caso
de la
apatita
en
el
proceso
conocido
como
fosforilación
termal,
este
proceso
consiste
en calentar
a muy
altas
temperaturas
en fosas
submarinas
termales
la apatita,
solubilizando
su
fósforo,
lo
cual
lo
pone
disponible
al
medio
circundante
para
ser
aprovechada
por
sistemas
protocelulares
que
se encuentren
ahí
[11].
Por
otro lado
se
piensa
que
los
compuestos
químicos
que
fueron
lanzados
por
los
volcanes
en la
Tierra
primitiva
pueden
presentar
una alta
cantidad
de compuestos
derivados
del
fósforo,
estas
deposiciones
volcánicas
pudieron
presentarse
entre
el hadeano
y el
arcaico
[9],
además
algunos
autores
piensan
que
el piensan
que
el pirofosfato
pudo
haber
precedido
al
ATP
en los
sistemas
primitivos
como
fuente
de
energía
[4].
Otros
minerales
presentes
en la
Tierra
primigenia
como
el Al2O3
silicatos
pueden
ser
importantes
para
la
química
prebiótica
del
fósforo
se
cree por
ejemplo
que
también
el cloruro
de sodio
pudo
ser fundamental
[9], puesto
que
según
experimentos
que
se
han
hecho,
se
ha visto
que
estos
minerales
ayudan
a solubilizar
en agua
distintos
tipos
de minerales,
entre
ellos
la
apatita
para
dar origen
a fosfatos
disponible
a través
de una
serie de
procesos
químicos
bastantes
elaborados
Aún
así
con
todas
estas
fuentes
de
fósforo
anteriormente
mencionadas
se
cree
que
se
requirieron
aproximadamente
más
o menos
tres
billones
de años
para
solubilizar
la
cantidad
de fósforo
necesaria
para
dar
origen
a
los
sistemas
celulares
actuales.
Así
para
alcanzar
una
concentración
de 0.05
molar
se
necesitan
solubilizar
alrededor
de
22.4*1020
gramos
de fósforo
en
14*1020
litros
[5] de
agua
lo
cual
es bastante
imposible
de realizar
puesto
que
se
necesitan
cantidades
muy
grandes
de fósforo.
Se
ha propuesto
de esta
forma
que
existió
un lugar
en la
Tierra
primitiva
donde
se
alcanzaron
las
concentraciones
óptimas
para
que
la
vida
se
pudiese
establecer
como
la conocemos
actualmente.
De Graaf
propone
que
se pueden
alcanzar
también
concentraciones
de fósforo
aceptables,
gracias
a la
interacción
de compuestos
químicos
tales
como
el formaldehido,
alcoholes
primarios,
acetona
con
compuestos
que
contengan
fósforo
siempre
se
estos
interactúan
con
luz
ultravioleta,
lo
cual
solubiliza
el
fósforo
presente
en el
compuesto
[3].
Por
lo
cual
actualmente
se
investiga
cuáles
pueden
ser
las
posibles
fuentes
de fósforo
y como
estas
pueden
interactuar
en la
Tierra
primitiva
con
otros compuestos,
para
formar
fosfatos
disponibles
con
rendimientos
de
reacción
que
sean
aceptables
para
dar
origen
a los
sistemas
vivos
actuales
[10].
Análisis y Discusión
En
el campo
de la
química
prebiótica
del
fósforo
aún
faltan
muchos
avances
y descubrimientos
por
hacer
con
respecto
a cuáles
pueden
ser
los
minerales
que
pueden
solubilizar
cantidades
aceptables
de fósforo
y bajo
qué
condiciones
se pueden
solubilizar
en agua
dichos
minerales
y con
que
otros
compuestos
químicos
pueden
interactuar
estos
minerales
para
lograr
cantidades
aceptables
de fósforo
disponible.
De esta
forma
se
denota
que
es bastante
loable
que
una
posible
solución
a este
problema
sean
las
fuentes
exógenas
tales
como
los
meteoritos
o las
IDPs
por
presentar
compuestos
con
alta
solubilidad
en agua
como
la
escraibersita,
con
respecto
a esto
también
hay
diferentes
tipos
de minerales
que
encontramos
en meteoritos
que
pueden
solubilizarse
en
agua
por
lo
cual
el
estudio
de estos
cuerpos
que
caen
a la
Tierra
es bastante
importante,
tal
como
paso
con
el meteorito
Murchinson
[1] cuyo
análisis dejo
al descubierto
una
gran cantidad
de compuestos
orgánicos
importantes
para
el origen
de la
vida
en
la
Tierra.
El
estudio
de
fuentes
exógenas
de fósforo
puede
arrojar
pistas
importantes
de cómo
pudo
desarrollarse
los
sistemas
vivos
actuales
ya
que
este
elemento
es quizá
el
más
limitante
para
el origen
de
la
vida.
Se
piensa
que
el
gran
flujo
proveniente
del
bombardeo
tardío
que
ocurrió
en la
Tierra
primitiva
pudo
dejar
una
cantidad
de fósforo
disponible
considerable
para
la
que
vida
se estableciera
como
la
conocemos
actualmente
en la
Tierra.
Se
hace
necesario
el estudio
de posibles
fuentes
exógenas
de fósforo.
Referencias
[1] Pasek, M,; Dante, Orig Life
Evol Bioesph.,2008,
38, 5-21
[2] Macía, E,; Hernández, M, Orig Life
Evol Bioesph.,1997,
27, 459-480 [3] Keefe, A,; Miller, S, Orig Life
Evol Bioesph.,1995,
26. 15-25
[4] Hermes-Lima,
M, J
Mol
Evol.,1990,
31,
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[5] Griffith, E,; Ponnamperuma, C,; Gabel, N, Origin
of Life.,1977,
8, 71-85 [6] Westheimer, F, Science.,1987,
235, 1173-1178
[7] Schwartz, A, Phil. Trans.
R. Soc, B.,2006,
361, 1743-1749
[8] Pasek, M, Proc. Natl
Acad. Sci.
US.,2008,
105, 853-858 [9] Holm, N, Geochim
Trans.,2014,
15, 8
[10] Rauchfuss, H. Chemical Evolution and the Origin of Life.
Springer, Berlin 2008 [11] Schwartz, A, J Theor
Biol.,1997,
27 523-527
[12] Nielsen, P.; Egholm, G, Current
issues molecular
biology.,
1999, 1, 89-105
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