Un compuesto simple de dos carbonos puede haber sido un actor crucial en la evolución del metabolismo antes del advenimiento de las células, según un nuevo estudio publicado el 4 de octubre en la revista de acceso abierto PLOS Biology. , por Nick Lane y colegas del University College London, Reino Unido. El hallazgo potencialmente arroja luz sobre las primeras etapas de la bioquímica prebiótica y sugiere cómo el ATP llegó a ser el portador de energía universal de toda la vida celular en la actualidad.

El ATP, trifosfato de adenosina, es utilizado por todas las células como intermediario energético. Durante la respiración celular, se captura energía cuando se agrega un fosfato al ADP (difosfato de adenosina) para generar ATP; la escisión de ese fosfato libera energía para impulsar la mayoría de los tipos de funciones celulares. Pero construir la estructura química compleja de ATP desde cero requiere mucha energía y requiere seis pasos separados impulsados ​​por ATP; Si bien los modelos convincentes permiten la formación prebiótica del esqueleto de ATP sin energía del ATP ya formado, también sugieren que el ATP probablemente era bastante escaso y que algún otro compuesto puede haber jugado un papel central en la conversión de ADP a ATP en esta etapa de evolución.

El candidato más probable, creían Lane y sus colegas, era el compuesto de dos carbonos acetil fosfato (AcP), que funciona hoy tanto en bacterias como en arqueas como un intermediario metabólico. Se ha demostrado que AcP fosforila ADP a ATP en agua en presencia de iones de hierro, pero quedaron muchas preguntas después de esa demostración, incluso si otras moléculas pequeñas podrían funcionar también, si AcP es específica para ADP o si podría funcionar de la misma manera. bien con los difosfatos de otros nucleósidos (como la guanosina o la citosina) y si el hierro es único en su capacidad para catalizar la fosforilación de ADP en el agua.

En su nuevo estudio, los autores exploraron todas estas preguntas. Basándose en datos e hipótesis sobre las condiciones químicas de la Tierra antes de que surgiera la vida, probaron la capacidad de otros iones y minerales para catalizar la formación de ATP en el agua; ninguno fue tan efectivo como el hierro. A continuación, probaron un panel de otras moléculas orgánicas pequeñas por su capacidad para fosforilar ADP; ninguno fue tan efectivo como AcP, y solo otro (fosfato de carbamoilo) tuvo alguna actividad significativa. Finalmente, demostraron que ninguno de los otros nucleósidos difosfatos aceptaba un fosfato de AcP.

Combinando estos resultados con modelos de dinámica molecular, los autores proponen una explicación mecanicista para la especificidad de la reacción ADP/AcP/hierro, con la hipótesis de que el diámetro pequeño y la alta densidad de carga del ion de hierro, combinados con la conformación del intermediario formado cuando los tres se unen, proporcionan una geometría "perfecta" que permite que el fosfato de AcP cambie de pareja, formando ATP.

"Nuestros resultados sugieren que AcP es el precursor más plausible de ATP como fosforilador biológico", dice Lane, "y que la aparición de ATP como la moneda de energía universal de la célula no fue el resultado de un 'accidente congelado', sino que surgió de las interacciones únicas de ADP y AcP. Con el tiempo, con la aparición de catalizadores adecuados, el ATP podría eventualmente desplazar a AcP como un donante de fosfato ubicuo y promover la polimerización de aminoácidos y nucleótidos para formar ARN, ADN y proteínas".

La autora principal, Silvana Pinna, agrega:"El ATP es tan central para el metabolismo que pensé que podría ser posible formarlo a partir de ADP en condiciones prebióticas. Pero también pensé que varios agentes fosforilantes y catalizadores de iones metálicos funcionarían, especialmente aquellos conservados en vida. Fue muy sorprendente descubrir que la reacción es tan selectiva (en el ion metálico, el donante de fosfato y el sustrato) con moléculas que la vida aún usa. El hecho de que esto suceda mejor en agua en condiciones suaves y compatibles con la vida es realmente muy significativo para el origen de la vida". + Explora más

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