El experimento de Miller y Urey de 1953 simuló condiciones primitivas de la Tierra y logró sintetizar moléculas orgánicas como aminoácidos a partir de sustancias inorgánicas. El experimento expuso una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno, agua y otros gases a descargas eléctricas, calor y luz ultravioleta, formando ácido acético y los aminoácidos glicina, alanina y otros. Análisis posteriores encontraron una variedad aún mayor de compuestos org

1. Experimento de Miller y Urey
Semana 2: T1
“Año de la unidad, la paz y el desarrollo”
UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION
Docente: Blgo. Huayna Dueñas Luis
Integrantes:
● Lugo Chinchay Brayan
● Lockuan Melendez Carlos A.
● Malpartida Trujillo Rodrigo F.
● Mendoza Castillo Diego
● Molina Torres Winnie
● Olortegui Blas Lila
FACULTAD DE CIENCIAS
E.P. BIOLOGÍA CON MENCIÓN EN BIOTECNOLOGÍA

2. El experimento de Miller y Urey representa el inicio de la abiogénesis experimental y la primera
comprobación de que se pueden formar moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas en
simples condiciones ambientales adecuadas. Fue llevado a cabo en 1953 por Stanley Miller y
Harold Clayton Urey en la Universidad de Chicago.
A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions
“Una Producción de Aminoácidos Bajo Posibles Condiciones Primitivas de la Tierra”

3. La síntesis de compuestos orgánicos, como los aminoácidos, debió ser fácil en la Tierra primitiva.
Otros investigadores siguiendo este procedimiento y variando el tipo y las cantidades de las sustancias que reaccionan
han producido algunos componentes simples de los ácidos nucleicos y hasta ATP.
Esta experiencia abrió una nueva rama de la biología, la exobiología. Desde entonces, los nuevos conocimientos sobre
el ADN y el ARN, condiciones prebióticas en otros planetas y el anuncio de posibles fósiles bacterianos encontrados en
meteoritos provenientes de Marte (como el ALH 84001), han renovado la cuestión del origen de la vida.
POSTULARON:

5. Metodología del experimento
En el experimento se usó agua (H2O), metano (CH4), amoniaco
(NH3) e hidrógeno (H2).
Estas sustancias químicas fueron introducidas dentro de un
conjunto sellado estéril de tubos y recipientes de cristal
conectados entre sí en circuito cerrado
Uno de los recipientes estaba lleno de agua, con amoniaco,
metano e hidrógeno y otro contenía un par de electrodos.
Se calentó el agua para que se evaporase, y en otro recipiente
los electrodos emitían descargas eléctricas, que eran
atravesados por el vapor de agua y los gases provenientes del
matraz de evaporación, y que simulaban la atmósfera de la
Tierra primitiva.

6. Después, los gases se enfriaban de modo que los gases se condensaran y las
gotas volvían al primer recipiente, que se volvía a calentar en un ciclo continuo,
creando de esta manera diferentes compuestos orgánicos.
El ciclo se interrumpió después de una semana y la solución se analizó mediante
cromatografía en papel.
Antes de que apareciera la vida en la Tierra, había moléculas simples e inorgánicas
como el agua, el metano o el amoniaco
Pero debido a los factores que se daban en la Tierra en ese momento (rayos, impactos
constantes de meteoritos, erupciones volcánicas, etc.)
las sustancias inorgánicas se combinaron dando lugar a aminoácidos tales como la glicina,
la alfa alanina, beta alanina mientras que las manchas en el cromatograma de ácido
aspártico y ácido alfa aminobutírico eran más difusas.
Las moléculas inorgánicas pre-existentes se transformaron en
orgánicas cuando hubo un aporte de energía.

7. En total, Miller informó de más de 20 compuestos diferentes producidos en
el experimento. Miller también se dio cuenta de que el aminoácido se
sintetizaba por la síntesis de Strecker, conocida desde hacía cien años
(Strecker, 1850). En esta síntesis se sintetizan reactivos como el cianuro de
hidrógeno (HCN), los aldehídos y las cetonas en la descarga eléctrica.
Estos, al disolverse en agua en presencia de amoníaco, reaccionan y
producen aminoácidos (tras un par de pasos intermedios)
HCN + Aldehídos/Cetonas + NH3 → + aminoácidos
HCN + Aldehídos/Cetonas → hidroxiácidos
Para probar si esta secuencia de reacción explicaba algunos de los
compuestos detectados por Miller.
Realizó nuevos análisis de la solución de agua (Miller, 1957).
Descubrió que, tras realizar el experimento durante 25 horas
- El HCN estaba presente en una concentración de
aproximadamente 40 μM
- Los aldehídos en 1 μM
- El total de aminoácidos llegaba a unos 2 μM.

8. Resultados de Miller y Urey

9. Conclusiones
Los estudios pioneros de Miller ayudaron a definir los procesos que facilitaron el inventario químico prebiótico necesario para
la evolución química y, finalmente, para el origen de la vida. Los nuevos análisis con métodos analíticos modernos y avanzados
de los archivos que Miller guardó después de sus revolucionarios experimentos en los años cincuenta han descubierto que él
sintetizó 31 aminoácidos, seis aminas y doce dipéptidos/ciclopéptidos
Los estudios de Miller del uso de un agente de condensación prebiótico sugieren que son vías plausibles para generar
moléculas más complejas a partir de otras simples como los aminoácidos. Aunque todavía hay mucho que hacer, entender que
la evolución química prebiótica continua puede, probablemente, generar moléculas cada vez más complejas es importante.

10. Conclusión del experimento
El experimento consistió, básicamente, en someter una mezcla de metano, amoníaco, hidrógeno, dióxido de
carbono, nitrógeno y agua a descargas eléctricas de 60.000 voltios, calor y luz ultravioleta. Como resultado,
se observó la formación de una serie de moléculas orgánicas, entre la que destacan ácido acético, y los
aminoácidos glicina, alanina, ácido glutámico y ácido aspártico, usados por las células como los pilares
básicos para sintetizar sus proteínas.
En 2008, otros investigadores encontraron el aparato que Miller usó en sus tempranos experimentos y
analizaron el material remanente usando técnicas modernas más sensibles. Los experimentos habían
incluido la simulación de otros ambientes, no publicados en su momento, como gases liberados en
erupciones volcánicas. El análisis posterior encontró 20 aminoácidos que son los componentes de las
proteínas y 6 componentes de los ácidos nucleótidos que aparecen en el núcleo de las células y son
sustancias elementales para formar la vida, logrando con esto aportar evidencias sólidas que apoyan el
desarrollo evolutivo de la vida en la tierra.
Avances

11. Los experimentos de Miller de la década de 1950 utilizaron, además del aparato conocido en los libros de texto, uno
que generaba una neblina de agua caliente en el matraz de chispas, simulando una erupción volcánica rica en vapor
de agua. Encontramos los extractos originales de este experimento en el material de Miller y los volvimos a analizar.
El aparato volcánico produjo una variedad más amplia de aminoácidos que el clásico. La liberación de gases
reducidos en erupciones volcánicas acompañadas de rayos podría haber sido común en la Tierra primitiva. Los
compuestos prebóticos sintetizados en estos entornos podrían haberse acumulado localmente, donde podrían haber
sufrido un procesamiento adicional.

12. MATERIALES Y MÉTODOS
El diseño experimental utilizado en los experimentos originales incluye los gases CH4, NH3 y H2 a 200, 200 y 100 torr,
respectivamente, con 500 ml de agua. Los gases serian se han disuelto en el agua según su solubilidad individual [S5] en el
orden NH3 >> CH4 > H2. La solución se hirvió y el aparato se encendió con una bobina de Tesla durante una semana.
Sustancias químicas y reactivos
Todos los productos químicos utilizados en este estudio se adquirieron de SigmaAldrich y Fisher Scientific. Una solución
madre de aminoácidos (~106M) se preparó mezclando estándares individuales (9799 % de pureza) en Millipore (18,2 Mohm)
agua. El reactivo oftaldialdehído/NacetilLcisteína (OPA/NAC) utilizado como marcador químico para la separación
enantiomérica y detección de fluorescencia de compuestos de amina primaria fue preparado disolviendo 4 mg de OPA en
300 μl de metanol (Fisher Optima), y luego agregando 685 μl Tampón de borato de sodio 0,1 M (pH 9) y 15 μl de NAC 1 M.
El tampón se calentó al aire a 500 ºC durante 3 h para reducir la contaminación por aminas en el reactivo. A 0,1 M
La solución de hidracina (NH2NH2) utilizada para eliminar el exceso de OPA después de la derivatización fue
preparada por destilación a doble vacío de hidracina anhidra (98% de pureza) y posterior dilución en agua

13. Cromatografía líquida de alta resolución con detección fluorescente UV
Los residuos en los diversos viales se volvieron a suspender mediante
agitación vorticial y sonicación en Alícuotas de 1 ml de agua bidestilada y
diluida de las concentraciones iniciales de acuerdo con respuesta óptima
de la señal fluorescente.
Las aminas primarias de aminoácidos se separaron y detectaron utilizando un C-18 de 5 μm x 250 μm. columna HPLC de fase
inversa (Phenomenex) con un detector de fluorescencia Shimadzu RF-535 (λex=340 nm, λem=450 nm) como su
o-ftaldialdehído/N-acetil-L-cisteína (OPA/NAC) derivados
Las fracciones de cada muestra se secaron dos veces con tampón de borato de sodio 0,4 M (pH 9.4) y resuspendido
en 20 μL de agua destilada antes de la derivatización de 1 y 15 minutos con 5 μL OPA/NAC; el aumento del tiempo
de reacción de 1 a 15 minutos aseguró la recuperación completa de α aminoácidos sustituido

14. El instrumento Premier ToF-MS y los parámetros de funcionamiento utilizados en estos análisis, consulte. Él gradiente era A
(pH 8 formiato de amonio 50 mM con tampón de metanol al 8 %) en B (metanol) con el 0-35 min, 0-55% B; 35-45 min,
55-100% B.
El instrumento fue optimizado para sensibilidad máxima de los derivados de amina primaria OPA/NAC en el rango de 300-450
m/z con límites de detección en el rango de subfemtomoles (~10-15 a 10-16 moles). Además de identificar la principales picos
fluorescentes presentes en los cromatogramas LC-FD/ToF-MS por tiempo de retención y masa, también buscamos las masas
correspondientes a los aminoácidos C2-C6 y las aminas C1-C6 trazando la masa exacta de cada compuesto, con una ventana
de ~20 ppm, durante el tiempo de elución.

15. RESULTADOS
Los cromatogramas de ejemplo de los análisis de los extractos de los
diversos aparatos son se muestra en la figura S1. La mayor diversidad
de aminoácidos sintetizados en la chispa volcánica
aparato de descarga es claramente evidente.
Cromatogramas de HPLC acumulativos representativos para: (A)
diseño de aparatos clásicos: (B) diseño de aparatos volcánicos; (C)
diseño de aparato de descarga silenciosa: y (D) un patrón de
aminoácidos: identificaciones de pico 1-D,L-Asp; 2-L,D-Glu; 3-D,
L-Ser; 4-Gly; 5-βAla; 6-γ-ABA; 7-D,L-β-AIB; 8-D,L-Ala; 9-D,L-
β-ABA; 10-α-AIB; 11-D,L-α-ABA; 12-D,L-Isovalina;
13-D,L-Norleucina. (* son picos no identificados); y (E) un espacio
en blanco procesal. Nota: (A), (B) y (C) son señales sumadas de
múltiples fracciones y varias diluciones elegidas para optimizar la
intensidad de la señal; las alturas de los picos y/o las áreas no son
representativas de la recuperación total y se entienden solo como
un análisis cualitativo de la diversidad entre los tres.

16. Además del amino ácidos enumerados, también
se detectaron varios aminoácidos de 6 carbonos,
pero no se cuantificaron. Los aminoácidos con
centros quirales fueron racémicos dentro de la
precisión de las mediciones.

17. Yana Bromberg,Ariel A. Aptekmann,Yannick Mahlich,Linda Cook,Stefan Senn,Maximillian Miller,Vikas
Nanda,Diego U. Ferreiro,Paul G. Falkowski,Quantifying structural relationships of metal-binding sites
suggests origins of biological electron transfer, Science Advances, 8, 2, (2022).
DOI: 10.1126/science.1161527
Miller S. L. (1953). «Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions». Science
117: 528. Archivado desde el original el 28 de febrero de 2008.
Bada, J. L. (2013). New insights into prebiotic chemistry from Stanley Miller’s
spark discharge experiments. Chemical Society Reviews, 42, 2186–2196.
doi:10.1039/c3cs35433d
Referencias