Behe, el ciclo de Krebs y los modelos del origen de estructuras bioquímicas complejas
Publicación del mes: diciembre de 1999
por Sherilyn
[Nota: Lo siguiente son en realidad cuatro publicaciones sobre el mismo tema por Sherilyn durante el mes de diciembre de 1999. --Ed.]
Artículo 1
Asunto: Análisis del ciclo de Krebs refuta a Behe (1994)?
(era Re: Volver a Paley? ¡Ni de broma!)
Grupos de noticias: talk.origins
Fecha: 12 de diciembre de 1999
ID del mensaje: 83025v$8cf$1@nnrp1.deja.com
En el artículo <38531ECB.348142B7@no.hlk.spam.hj.se>, Sverker Johansson <lsj@no.hlk.spam.hj.se> escribió:
> Sherilyn escribió:
[Papeles citados de JME que parecen contradecir la afirmación de Behe de que "no hay papeles" que hayan aparecido en JME discutiendo modelos detallados de la
evolución de las máquinas moleculares]
> >
> > Solo para asegurarme de que esto es correcto, ¿hay una posibilidad de que estos
> > papeles modelen estructuras que no serían consideradas complejas por un
> > bioquímico, o que los modelos discutidos carezcan de detalle significativo?
>
> Todos estos son claramente complejos. Lo que un beheita podría objetar es que
> algunos de los modelos evolutivos pueden carecer de detalle.
>
> Pero sería difícil argumentar que Melendez-H et al es
> insuficientemente detallado, con su abundancia de detalles químicos, y
> su discusión de las etapas intermedias.
>
> Musser et al también merece una mirada más cercana. Los demás contienen
> modelos evolutivos, pero menos detallados.
>
> > Puedo ver cómo un papel con un título como 'Análisis filogenético de
> > componentes del sistema de transporte de vesículas eucariotas revela un origen
> > común de los complejos de proteínas adaptadoras 1, 2 y 3 y el subcomplejo F del
> > coatomero COPI' tendería a ser clasificado como simplemente otro papel sobre
> > secuenciación, ¿estás seguro de que discute un modelo evolutivo detallado?
>
> La mayor parte del papel trata sobre secuenciación, pero también discutió un
> modelo evolutivo.
>
> > Por ejemplo, ¿sería correcto afirmar que el papel solo infiere una
> > evolución común, pero no discute un mecanismo evolvable factible para ese
> > origen?
>
> No. Fue un paso más allá que simplemente discutir una evolución común. Hay
> zillones de papeles que solo infieren evolución común, sin dar el siguiente
> paso, pero este no es uno de ellos.
>
> > No quiero acusar a nadie de engañar a la gente sobre el
> > contenido real de JME, a menos que sea bastante claro que lo ha
> > hecho.
>
> Mi opinión sobre eso es que Behe incluye intencionalmente palabras
> como "detallado" para que siempre pueda torcerse y afirmar
> que cualquier modelo presentado no es suficientemente
> detallado. Establece postes móviles.
>
> Pero tendrá que moverlos mucho y rápido para poner el
> papel de Melendez en el lado "correcto" de ellos.
Visité el sitio web Springer Science Online
http://link.springer.de/power.htm
y consultó el resumen de Melendez (1996), que dice en su totalidad:
INICIO DE CITAS
El origen evolutivo del ciclo del ácido cítrico de Krebs ha sido durante mucho tiempo un caso modelo en la comprensión del origen y la evolución de las vías metabólicas: ¿Cómo se puede explicar la aparición de una vía tan compleja? Se han llevado a cabo numerosos estudios especulativos que han llegado a la conclusión de que el ciclo de Krebs evolucionó a partir de vías para la biosíntesis de aminoácidos, pero muchas preguntas importantes siguen sin responder: ¿Por qué y cómo surgió la vía completa a partir de ahí? ¿Son posibles otras rutas alternativas para el mismo propósito? ¿Son mejores o peores? ¿Han tenido alguna oportunidad de desarrollarse en la evolución del metabolismo celular? Hemos analizado el ciclo de Krebs como un problema de diseño químico para oxidar acetato, generando equivalentes reductores para la cadena respiratoria para producir ATP. Nuestro análisis demuestra que, aunque existen varias soluciones químicas diferentes a este problema, el diseño de esta vía metabólica tal como ocurre en las células vivas es la mejor solución química: tiene el menor número posible de pasos y también el mayor rendimiento de ATP. El estudio de las posibilidades evolutivas de cada una, tomando el material disponible para construir nuevas vías, demuestra que la aparición del ciclo de Krebs ha sido un caso típico de oportunismo en la evolución molecular. Nuestro análisis prueba, por lo tanto, que el papel del oportunismo en la evolución ha convertido un problema con varias soluciones químicas posibles en un problema de solución única, demostrando que el ciclo de Krebs actual es el mejor diseño químico posible. Nuestros resultados también nos permiten derivar las reglas bajo las cuales surgieron las vías metabólicas durante el origen de la vida.
FIN DE LA CITACIÓN
Si el documento contiene el análisis descrito, esto responde sin duda a la afirmación de Behe de 1994, la cual ha repetido en Temple y en otros lugares más recientemente (¿1998?).
El artículo de Behe que cité al principio de este hilo está en:
http://www.arn.org/docs/behe/mb_mm92496.htm
Fue originalmente presentado por Behe en la reunión de la Sociedad C.S. Lewis, Universidad de Cambridge, en 1994, por lo que Behe podría haber podido argumentar en ese momento que JME no había publicado ningún artículo que contuviera una cantidad razonable de detalles. Pero Behe seguía retroalimentando esa misma declaración cuando visitó la Universidad Temple y, según la transcripción del discurso de Peter Nyikos, dijo:
INICIO DE CITAS
==========[transcripción del fragmento relevante de la cinta de audio, notas agregadas entre corchetes]
Pero si estas cosas no pueden explicarse por la evolución darwiniana, como yo afirmo, ¿qué han dicho otros científicos sobre cómo fueron producidas? Bueno, un buen lugar para buscar una respuesta a esa pregunta es en un lugar llamado el Journal of Molecular Evolution.
Aquí está una tabla de contenidos reciente de la revista.
[LA PRIMERA DE LAS DOS TRANSPARENCIAS SE COLGÓ ALREDedor DE ESTA HORA]
Como su nombre indica, la revista se estableció específicamente para examinar preguntas sobre cómo surgió la vida a nivel molecular y cómo podría haber evolucionado. Es una buena revista. Tiene quizás 40 científicos en su junta editorial. De esos, quizás 15 son miembros de la Academia Nacional de Ciencias. Ha tenido el extraño ganador del Premio Nobel o dos en su junta editorial. Y cada mes publica unas docenas de artículos. Y aquí está un mes típico. Y desde donde están sentados, algunos de ustedes no pueden leer los títulos de los artículos; y algunos de los no científicos aquí no serían capaces de entender de qué tratan de todos modos si pudieran ver los títulos.
Pero brevemente, en este número, todos los 12 artículos se ocupan de algo llamado análisis de secuencias. Brevemente, el análisis de secuencias está relacionado con las secuencias de proteínas y ADN. Ahora, las proteínas, como usted sabe, están compuestas de subunidades llamadas aminoácidos. Ahora, una cosa interesante que se puede hacer es tomar una proteína de una especie y compararla con una proteína similar de otra especie.
Supongamos que tomara la hemoglobina del perro y la hemoglobina del caballo, y secuenciara, o determinara la secuencia de aminoácidos en ambas proteínas. Ahora lo que puede hacer es decirse a sí mismo, bueno, con estas dos secuencias, ¿qué podemos decir sobre la primera posición de aminoácido? ¿Es la misma en el perro y en el caballo, o es diferente? ¿Qué hay de la segunda posición, y de la tercera posición, o de la posición 50? Y eso sería algo interesante de hacer; y a partir de los resultados, podría ser capaz de determinar cuán relacionados están estos organismos. Y esa sería una pregunta interesante de abordar.
Pero para nuestros propósitos en este momento, quiero decir que, aunque esto es algo interesante de hacer, no aborda la pregunta de cómo se podrían ensamblar máquinas moleculares complicadas, paso a paso darwinista.
Permítanme intentar darle una analogía para aclarar eso. Supongamos que observa la extremidad anterior de un perro y la extremidad anterior de un caballo, y ve que hay el mismo número de huesos allí, y están en lugares similares. Eso sería muy interesante, y podría darle una indicación de cuán relacionados están esos dos organismos. Pero comparar los huesos en la extremidad anterior de un perro con los de un caballo no le puede decir de dónde vinieron los huesos en primer lugar. Para hacer eso, tiene que hacer experimentos, tiene que construir modelos y otro tipo de trabajo de laboratorio. Bueno, resulta que nadie en este número de la Revista de Evolución Molecular lo hizo. Nadie abordó la pregunta de de dónde podrían haber venido estas máquinas moleculares irreduciblemente complejas.
[En este punto hubo un silencio de 6 a 7 segundos en la cinta debido a dificultades técnicas. Claramente, aquí había un comentario sobre los otros temas de JME.]
De esos, aproximadamente 700 trataban sobre análisis de secuencias. Y aunque son interesantes, no abordan la pregunta que estamos considerando hoy. Otros 150 o así se refieren a sustancias químicas consideradas necesarias para el origen de la vida. Y nuevamente, ese es otro tema interesante, pero, de nuevo, no incide en lo que estamos haciendo. Unas pocas docenas eran estudios matemáticos con el fin de determinar métodos para mejorar los análisis de secuencias.
De esos mil artículos, ¿cuántos abordaron la evolución paso a paso darwiniana de máquinas moleculares complejas, como los cilios y los flagelos?
Es un número redondo. No hay ninguno.
[LA SEGUNDA TRANSPARENCIA SE COLOCÓ APROXIMADAMENTE AQUÍ]
Cero. Nada. Ninguno.
Es realmente bastante sorprendente. Y hay muchas revistas bioquímicas. El JME no es la única. Hay el Proceedings of the National Academy y el Journal of Molecular Biology y un número de otros. Pero si los examina, la historia es bastante la misma. Ocasionalmente, las personas especulan sobre cómo podrían haber surgido cosas como esta, pero nunca con gran detalle y nunca de una manera comprobable. Las personas comparan secuencias y secuencias, pero nadie está muy interesado en la producción de estas máquinas moleculares.
========================= fin de la parte relacionada con JME del discurso
FIN DE LA CITACIÓN
Si mi memoria me sirve correctamente, PZ Myers de Temple U. me contó sobre la inminente visita de Behe a Temple durante una conversación en IRC o un intercambio de correos electrónicos en noviembre/diciembre de 1998, por lo que parece que si tengo razón en esto, Behe seguía contando la misma, ahora incorrecta, historia cuatro años después de haberla contado por primera vez.
En el artículo de 1994 que cité al principio del hilo, Behe menciona haber revisado "868 artículos" en los diez años anteriores. Ahora, en la sección que Peter citó, dice "de esos mil artículos...", indicando que ha actualizado su trabajo, pero no lo ha puesto al día (porque podríamos esperar unos doce artículos por número y en los cuatro años entre 1994 y 1998 el total habría sido algo más cercano a 1200 artículos).
Desafortunadamente, es poco claro exactamente a qué "mil papeles" se refería Behe, ya que la transcripción de Peter de Behe no contiene una explicación de cómo se contó esta cifra, aunque hay la siguiente nota a mitad de la sección JME:
"[En este punto hubo un silencio de 6 a 7 segundos en la cinta debido a dificultades técnicas. Claramente, aquí había un comentario sobre los otros temas de JME.]"
Esta elipsis es muy lamentable. Presumiblemente, la persona que realizó la grabación tuvo que girar la cinta justo en ese punto.
-- Sherilyn
Artículo 2
Asunto: Ciclo de Krebs como modelo de oportunismo en la evolución molecular Grupos de noticias: talk.origins Fecha: 19 de diciembre de 1999 ID del mensaje: 83iriu$8nq$1@nnrp1.deja.com
Enlaces al Ciclo de Krebs:
Recorrido interactivo
http://www.stark.kent.edu/~cearley/pchem/Krebs/Krebs.htm
Animación
http://wsrv.clas.virginia.edu/~rjh9u/krebs.html
En Melendez (1996), el misterio de la evolución del Ciclo de Krebs (también conocido como Ciclo del Ácido Cítrico, o Ciclo del Ácido Tricarboxílico (TCA)) se reduce finalmente a un problema de ingeniería química y se diseña inversamente para producir un sistema de respiración aeróbica. Estudios anteriores habían especulado que el ciclo podría haber evolucionado a partir de vías previamente disponibles involucradas en la síntesis de aminoácidos, pero no existía una elaboración detallada de cómo esto podría haber ocurrido. El Ciclo de Krebs es la base del metabolismo aeróbico; su producto, el ATP, se conoce como "la moneda energética de la célula". Melendez et al. muestran la evolución del ciclo como un ejercicio de oportunismo en la evolución: la cooptación de componentes existentes con funciones completamente diferentes y su ensamblaje para realizar una nueva función.
Las reglas del juego
La clave para el análisis de la evolución del Ciclo de Krebs fue la derivación de Melendez de un conjunto de reglas para la evolución metabólica, como sigue:
Química Bioorgánica
1. Cualquier reacción enzimática también es químicamente posible sin la enzima, aunque ocurriría mucho más lentamente y sin una especificidad bien definida.
2. Todos los intermediarios de una cadena de reacciones que finalmente se utilizarán en una secuencia metabólica deben ser estables frente a una rápida descomposición. La razón más fuerte para esta suposición es evolutiva: al principio del diseño de la vía, cada reacción enzimática rudimentaria ocurría muy lentamente, por lo que no se podrían haber utilizado intermediarios inestables.
Disponibilidad de material
3. Cualquier material que vaya a ser utilizado por la nueva vía debe existir en otro proceso metabólico que previamente se haya construido para un propósito diferente. El diseño de esta nueva vía debe implicar continuidad en la función de la anterior cuyo material ha sido utilizado. Una aplicación sucesiva hacia atrás en el tiempo de esta regla llevaría eventualmente al origen del metabolismo; en la Tierra primitiva, los primeros compuestos disponibles debieron ser producidos mediante procesos químicos espontáneos.
Cinética y Termodinámica
4. La nueva vía no puede implicar una reacción con ninguna incompatibilidad termodinámica o cinética con una anterior que deba operar simultáneamente en el mismo espacio.
Un programa informático llamado Chaos se utilizó para generar soluciones candidatas al problema de producir ATP a partir de la condensación de acetilo con un sustrato. Luego se analizó la viabilidad de cada candidato posible. Por ejemplo, una ruta posible con fosfomalonato como sustrato fue descartada (o más bien puesta de lado en ausencia de evidencia de que el sustrato estuviera disponible) mediante la regla 3. Otras rutas tienen limitaciones químicas cubiertas por otras reglas. El ciclo de Krebs no tiene tales limitaciones.
"En la evolución del metabolismo, el logro de los pasos fundamentales del ciclo de Krebs no fue nada difícil. Casi toda su estructura ya existía para propósitos muy diferentes (anabólicos), y las células solo tuvieron que añadir un solo enzima (succinil-CoA sintetasas para la transformación de succinil-CoA en succinato) para convertir una colección de diferentes vías en la vía cíclica central del metabolismo. Este es uno de los casos más claros de oportunismo que podemos encontrar en la evolución."
Respecto a la vía del fosfomalato, que habían eliminado, escriben: "...podría argumentarse, sin embargo, que [el P-malato de alimentación] podría haber desempeñado algún papel en el metabolismo anterior; y por lo tanto podría haber estado disponible. De hecho, es altamente improbable que alguna vía metabólica antigua que involucrara tal compuesto haya desaparecido sin rastro (aunque la vía original se haya perdido, tal intermediario podría haberse conservado para otros propósitos); sin embargo, no puede descartarse estrictamente y, por lo tanto, aunque es improbable, el fosfomalato y la estructura [alternativa] del ciclo de Krebs...podrían encontrarse en algunas paleoespecies como un caso de paleometabolismo."
Melendez et al. concluyen: "El ciclo de Krebs ha sido frecuentemente citado como un problema clave en la evolución de las células vivas, difícil de explicar mediante la selección natural de Darwin: ¿Cómo podría la selección natural explicar la construcción de una estructura compleja en su totalidad, cuando las etapas intermedias no tienen una funcionalidad de aptitud obvia? Esto parece, en principio, similar al problema del ojo, como en '¿Cuál es el uso de medio ojo?' (véase Dawkins 1986, 1994). Sin embargo, nuestro análisis demuestra que este caso es bastante diferente. El ojo evolucionó porque las etapas intermedias también funcionaban como ojos, y, por lo tanto, el mismo objetivo de aptitud estaba operando durante la evolución completa. En el problema del ciclo de Krebs, las etapas intermedias también eran útiles, pero para propósitos diferentes, y, por lo tanto, su diseño completo fue un caso muy claro de oportunismo. La construcción del ojo fue realmente un proceso creativo para hacer una cosa nueva específicamente, pero el ciclo de Krebs fue construido a través del proceso que Jacob (1977) llamó 'evolución por remolde molecular', afirmando que la evolución no produce novedades desde cero: funciona sobre lo que ya existe. El resultado más novedoso de nuestro análisis es ver cómo, con un mínimo de nuevo material, la evolución creó la vía metabólica más importante, logrando el mejor diseño químicamente posible. En este caso, un ingeniero químico que buscaba el mejor diseño del proceso no podría haber encontrado un mejor diseño que el ciclo que funciona en las células vivas."
J Mol Evol (1996) 43:293-303
El Enigma del Ciclo Ácido Cítrico de Krebs: Ensamblando las Piezas de Reacciones Químicamente Viables, y el Oportunismo en el Diseño de Vías Metabólicas Durante la Evolución
Enrique Melendez-Hevia,1 Thomas G. Waddell,2 Marta Cascante 31 Departamento de Bioqumica, Facultad de Biologa, Universidad de La Laguna, 38206 Tenerife, Canary Islands, Spain
2 Department of Chemistry, University of Tennessee at Chattanooga, 615 McCallie Avenue, Chattanooga, TN 37403, USA
3 Departamento de Bioqumica, Facultad de Qumica, Universidad de Barcelona, Mart i Franques 1, 08028 Barcelona, Spain
Received: 10 May 1995 / Accepted: 3 November 1996
-- Sherilyn
Artículo 3
Asunto: Reflexiones sobre las implicaciones del oportunismo
para el proyecto de la complejidad irreducible de Behe
Grupos de noticias: talk.origins
Fecha: 21 de diciembre de 1999
ID del mensaje: 83ohip$515$1@nnrp1.deja.com
En una publicación reciente en este grupo de noticias, presenté a Melendez (1996) sobre el Ciclo de Krebs como un ejemplo de oportunismo en acción en la evolución de sistemas complejos.
[enlace roto omitido --Ed.]
La importancia del artículo radica en que demuestra que, cuando las condiciones son adecuadas, los sistemas complejos y altamente ajustados pueden evolucionar mediante "tinkering molecular" en lugar de avanzar lentamente sobre un paisaje de aptitud a través de la selección natural paso a paso. Las vías individuales del ciclo sí tienen una función de aptitud—se utilizan principalmente para la síntesis de aminoácidos—, pero no desempeñan ningún papel en la respiración aeróbica hasta que se ensamblan en la forma básica del ciclo completo.
¿Cuál es, entonces, el conjunto mínimo de reglas necesario para la evolución de un sistema complejo y altamente afinado? Propondré algunas ideas con la esperanza de que alguien pueda tomarlas en consideración.
1) el sistema debe ser capaz de ensamblarse con un mínimo de nuevas partes a partir de sistemas precursores
2) el ensamblaje no debe resultar en una pérdida de función de los sistemas precursores
3) los sistemas precursores deben ponerse en contacto cercano, y cualquier cambio en sus enlaces existentes debe ser justificable como una mejora de su aptitud en algún nivel
4) las mutaciones de pérdida de función (cf: arcos de soporte para un puente) son admisibles siempre que la construcción resultante tenga una función de aptitud
-- Sherilyn
Artículo 4
Asunto: Behe: Arreglando la función Grupos de noticias: talk.origins, sci.skeptic Fecha: 24 de diciembre de 1999 ID del mensaje: 8410gi$tle$1@nnrp1.deja.com
La Caja Negra de Darwin (Touchstone, Nueva York, 1996) de Michael Behe, ISBN 0-684-83493-6 (Pbk).
p39.BEGIN QUOTE
¿Qué tipo de sistema biológico no podría formarse mediante «numerosas modificaciones sucesivas y leves»?
Bueno, para empezar, un sistema que es complejidad irreducible. Con complejidad irreducible me refiero a un sistema único compuesto por varias partes bien adaptadas e interactivas que contribuyen a la función básica, donde la eliminación de cualquiera de las partes hace que el sistema deje de funcionar efectivamente. Un sistema de complejidad irreducible no puede ser producido directamente (es decir, mediante la mejora continua de la función inicial, que sigue funcionando por el mismo mecanismo) mediante modificaciones sucesivas y ligeras de un sistema precursor, porque cualquier precursor de un sistema de complejidad irreducible que falte una parte es, por definición, no funcional.
FIN DE LA CITACIÓN
Behe utiliza este concepto como un pilar en su argumento a favor del diseño consciente en la naturaleza.
Debe ser evidente a partir de lo anterior que:
(1) Behe afirma que un sistema complejamente irreducible no puede ser creado mediante "múltiples modificaciones sucesivas y sutiles".
(2) Behe luego intenta matizar su declaración jugando con la definición de la palabra funcional (¿funcional para qué? la evolución está llena de ejemplos de sistemas desarrollados para un propósito y cooptados para otro).
(3) La afirmación de Behe es incorrecta. El Ciclo de Krebs (*) es un sistema que se desarrolló en gran medida por oportunismo, sin rastro de diseño; Behe puede ser técnicamente correcto al afirmar que no evolucionó mediante pasos lo suficientemente pequeños, pero es una queja bastante débil dado que los pasos fueron evidentemente lo suficientemente pequeños para formar sistemas bioquímicos. Las partes esenciales ya estaban disponibles en la célula y simplemente fueron cooptadas para los propósitos de la respiración aeróbica. Sin embargo, encaja en la definición de Behe de un sistema complejidad irreducible, aunque él pueda desear negarlo. Es "un sistema único compuesto de varias partes bien adaptadas e interactivas que contribuyen a la función básica, donde la eliminación de cualquiera de las partes hace que el sistema deje de funcionar efectivamente", utilizando la propia definición de Behe del término "funcionamiento".
(*) Consulte Melendez (1996) para una descripción detallada del papel de la oportunismo en la evolución del Ciclo de Krebs.
[enlace roto omitido --Ed.]
J Mol Evol (1996) 43:293-303
El Enigma del Ciclo Ácido Cítrico de Krebs: Ensamblando las Piezas de Reacciones Químicamente Viables, y el Oportunismo en el Diseño de Vías Metabólicas Durante la Evolución
Enrique Melendez-Hevia,1 Thomas G. Waddell,2 Marta Cascante 31 Departamento de Bioqumica, Facultad de Biologa, Universidad de La Laguna, 38206 Tenerife, Canary Islands, Spain
2 Department of Chemistry, University of Tennessee at Chattanooga, 615 McCallie Avenue, Chattanooga, TN 37403, USA
3 Departamento de Bioqumica, Facultad de Qumica, Universidad de Barcelona, Mart i Franques 1, 08028 Barcelona, Spain
Received: 10 May 1995 / Accepted: 3 November 1996
Me gustaría que lo siguiente se considere como un aditamento altamente especulativo: es muy probable que, a medida que examinemos más sistemas bioquímicos y aprendamos más sobre cómo funciona la maquinaria de la naturaleza, se vean frustradas más expectativas. Ya sabemos que la física comienza a funcionar de manera diferente a la escala molecular. Es posible que la naturaleza escalonada de la selección natural también sea más granular a ese nivel.
-- Sherilyn
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