Nuevas Proteínas

Nuevas proteínas – ¿La fuerza motriz de la evolución?
Uno de los postulados fundamentales de la teoría neo-darwiniana moderna es que las materias primas básicas de la evolución son nuevas proteínas que son generadas más o menos al azar por mutaciones inducidas por mal copiado del ADN, la recombinación o la radiación. Los genes que confieren un fenotipo ventajoso son seleccionados posteriormente y por consiguiente, nuevos genes, codificando nuevas proteínas, son agregados progresivamente. Es importante comprender que una secuencia de ADN no puede, con predicción, inducir cambios que quizás produzcan los cambios significativos que serían necesarios para que un gen se convierta en algún valor de supervivencia. La selección natural puede solamente determinar cualquier utilidad o mejora retrospectivamente -- en otras palabras, la selección natural puede determinar la supervivencia del más fuerte, pero no el arribo del más apto.

¿Cuál es la probabilidad de obtener una macro molécula útil asumiendo que tenemos los mecanismos establecidos para generarlos eficientemente mediante mutaciones de material genético existente? ¿Puede colocarse un estimado cuantitativo en esta probabilidad? Las mutaciones, por supuesto, son de nucleótidos en ácidos nucleicos que posteriormente son transcritos y traducidos a proteínas. Pero consideremos, en cambio, el orden aleatorio de aminoácidos para formar proteínas. Esto no sólo es más fácil de formular, pero también yerra en cuanto a sobrestimar la probabilidad de obtener un polipéptido útil sólo por casualidad.

Nuevas Proteínas – El golpe mortal para la evolución
¿Cuál es la probabilidad de la producción específica de nuevas proteínas modestamente alargadas por mutación aleatoria? Considere la molécula citocromo c. El citocromo c es una proteína corta de aproximadamente 104 aminoácidos. Está presente en la mayoría de las células y está conectada con la producción de la molécula de energía ATP. Debido a que se encuentra tanto en las procariotas como en las eucariotas, a menudo se piensa que evolucionó muy temprano, antes de la existencia del último antepasado común universal (LUCA) (siglas en inglés).

Pero ¿cuán probable es que una proteína de este tamaño pudiera haber surgido por ordenamiento aleatorio de los aminoácidos, como habría necesitado, antes de que la selección natural hubiera entrado en acción? Esto puede ser calculado estimando el número de opciones potenciales que existen para una proteína de este tamaño, y luego comparar esto con cuántas secuencias pudieron haber sido probadas en el curso de la evolución.

Como se mencionó, el número de aminoácidos en la proteína citocromo c es aproximadamente 104. Existen 20 tipos diferentes de aminoácidos. Esto significa que el número de moléculas posibles de proteína es 20¹⁰⁴, o 2 x 10¹³⁵ (2 ¡seguido de 135 ceros!). Para poner esto en perspectiva, considere que el número de átomos en el universo se considera que es 10⁸⁰. Esto implica que el número de posibilidades para incluso una proteína corta de sólo 100 aminoácidos de largo excede el número de átomos en el universo por un factor de 10⁵⁰.

Pongamos ahora un estimado extremadamente generoso en cuántas alternativas pudieron haber sido probadas. Considere que el universo entero estaba hecho únicamente de aminoácidos que podríamos utilizar para hacer proteínas. Una proteína de sólo100 aminoácidos de largo contendría por lo menos 1000 átomos. Por esto, en cualquier momento podríamos generar algo en el orden de 10⁸⁰/10³ = 10⁷⁷ de tales proteínas.

Ahora consideremos que el tiempo que tomaría para producir una proteína de 100 aminoácidos de largo sería aproximadamente de medio minuto (enlaces de polipéptidos son formados a una tasa de tres a cinco veces por segundo). Sin embargo, no es necesario sintetizar cada nuevo polipéptido desde el principio. Una nueva secuencia de nuevos aminoácidos puede ser generada simplemente cambiando un enlace o dos (por ejemplo: sustituyendo un aminoácido por uno diferente). Entonces, podría ser razonable sugerir que podríamos tratar toda una nueva serie de 10⁷⁷ proteínas cada segundo. Esto, por supuesto, es un estimado muy conservador, e ignora la demora más realista en traducir/transcribir un gen.

¿Cuánto tiempo tenemos? Aún tomando el estimado convencional de toda la edad del universo como, digamos, 15 mil millones de años, tenemos un total de 10¹⁸ segundos para jugar. ¿Cuál es el número total de proteínas que podrían ser generadas en este tiempo? Si multiplicamos el 10⁷⁷ por 10¹⁸, podemos estimar que el límite superior para sería 1095.

Nuevas Proteínas – Desesperanzadoramente improbable
¿Cuáles son las implicaciones de este cálculo con respecto a la completa improbabilidad de producción de nuevas proteínas? Incluso si pudiéramos emplear todos los recursos materiales del universo, y combinarlos, no sólo continuamente desde el principio del universo, sino también tan rápido como sea racionalmente concebible, la proporción de las combinaciones posibles que podrían ser producidas habría sido sólo 10⁹⁵/10¹³⁵ = 1/10⁴⁰ ó 10-40. Por esto, si intentáramos producir aleatoriamente una proteína específica de104 aminoácidos de largo, la probabilidad de éxito estaría en el orden de 1 en 10⁴⁰, aún suponiendo generosamente todo lo de arriba.

¿Qué podemos concluir de todo esto? No podemos depender de mutaciones aleatorias para producir proteínas específicas. Francamente, los recursos probabilísticos no están a nuestra disposición. Ya no es sostenible esconderse detrás de miles de millones de años de historia geológica, ni siquiera dado el argumento de que la vida podría haber evolucionado en un número astronómico de otros planetas. Con las improbabilidades tan estrechas de producir siquiera una novedosa proteína específica de 104 aminoácidos de largo, sin hablar de las miríadas de proteínas acompañantes que están involucradas en el interelacionismo altamente específico, la evolución está muerta en el agua.