De las redes de reacciones al surgimiento del metabolismo. Modelamiento del origen de la vida mediante la Teoría de la Organización Química

• Diego Becerra ^[1]
  1. [1] Universidad de Valparaíso

     Universidad de Valparaíso

     Valparaíso, Chile

     
• Localización: Revista de Modelamiento Matemático de Sistemas Biológicos, ISSN-e 2735-6817, Vol. 2, Nº. 3, 2022
• Idioma: español
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    Los sistemas vivientes son casos de estructuras disipativas lejos del equilibrio termodinámico. Diversas teorías acerca de su origen han sido propuestas, pero son difíciles de evaluar empíricamente. Una estrategia prometedora consiste en buscar el núcleo biosintético mínimo común a los organismos unicelulares más ancestrales (e.g. bacterias acetógenas y arqueas metanógenas), y examinar si las especies químicas de dicha red están presentes en escenarios candidatos a origen de la vida; y si las reacciones de la red son termodinámicamente favorables, autocatalíticas, dinámicamente estables, etc. La Teoría de la Organizaciíon Química [COT] es un marco matemático que nos permite representar y computar el conjunto de todas las configuraciones observables posibles dada una red de reacciones; y puede utilizarse para testear hipótesis in silico acerca de auto-organización molecular previa a la primera red de reacciones metabólica dentro de un sistema viviente. En este artículo se realiza una breve introducción a la teoría, luego, se analiza una red biosintética termodinámicamente favorable mediante herramientas de COT. Las organizaciones encontradas contienen las especies afluentes del sistema, además de formiato, clústeres FeS, bicarbonato, CO, y H+. Los Respiraderos Hidrotermales Alcalinos, candidatos al origen de la vida, contienen el conjunto de especies encontradas en las organizaciones químicas obtenidas en este trabajo. Las propiedades estequiométricas y dinámicas de estas sub-redes ameritan ulterior exploración.

  • English

    Living systems are instances of far-from-equilibrium dissipative structures. Several theories about their origin have been proposed, but they are hard to test empirically. One promising strategy is to search the minimal biosynthetic core common to the most ancestral unicellular organisms (e.g. acetogenic bacteria and methanogenic archaea), and to test whether the chemical species from the core are present in candidate scenarios for the origin of life, and whether the reactions are thermodynamically favorable, autocatalytic, dynamically stable, etc. Chemical Organization Theory, a mathematical framework which allow us to represent and compute the set of all possible observable configurations from a given reaction network, can be used to test hypotheses in silico about molecular self-organization prior to the first metabolic network withing a living system. In order to do this, the theory will be introduced, and a thermodynamically favorable biosynthetic network will be analyzed with Chemical Organization Theory’ tools. Organizations containing the inflow species from the biosynthetic core (H2,CO2,NH3,Pi,H2O, and H2S) plus formate, FeS clusters, bicarbonate, CO, and H + were found. Hydrothermal Alkaline Vents, a strong candidate for the origin of life, contains the set of species found in the chemical organizations obtained from this work. The stoichiometric and dynamical properties of those sub-networks merit further exploration.