La química antigua puede explicar por qué los seres vivos utilizan el ATP como moneda energética universal

Todas las células utilizan el ATP, trifosfato de adenosina, como intermediario energético. Durante la respiración celular, la energía se captura 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 compleja estructura química del ATP desde cero requiere mucha energía y requiere seis pasos separados impulsados ​​por el 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 desempeñado un papel central en la conversión de ADP en ADP en esta etapa de la historia. evolución.

Lane y sus colegas creían que el candidato más probable era el compuesto de dos carbonos acetilfosfato (AcP), que hoy funciona tanto en bacterias como en arqueas como intermediario metabólico. Se ha demostrado que AcP fosforila ADP a ATP en agua en presencia de iones de hierro, pero después de esa demostración quedaron una serie de preguntas, incluyendo si otras moléculas pequeñas podrían funcionar también, si AcP es específico para ADP o podría funcionar igual. bien con difosfatos de otros nucleósidos (como guanosina o citosina), y si el hierro es único en su capacidad para catalizar la fosforilación de ADP en 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 para determinar su capacidad para fosforilar ADP; ninguno fue tan efectivo como AcP, y sólo otro (carbamoil fosfato) tuvo alguna actividad significativa. Finalmente demostraron que ninguno de los otros nucleósidos difosfato aceptaba un fosfato de AcP.

Combinando estos resultados con modelos dinámicos moleculares, los autores proponen una explicación mecanicista para la especificidad de la reacción ADP/AcP/hierro, planteando la hipótesis de que el pequeño diámetro y la alta densidad de carga del ion hierro, combinados con la conformación del intermedio formado cuando Los tres se unen y 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 del ATP como fosforilador biológico', dice Lane, 'y que el surgimiento del ATP como moneda de energía universal de la célula no fue el resultado de un 'accidente congelado'. ', pero surgió de las interacciones únicas de ADP y AcP. Con el tiempo, con la aparición de catalizadores adecuados, el ATP podría eventualmente desplazar al AcP como donante ubicuo de fosfato y promover la polimerización de aminoácidos y nucleótidos. para formar ARN, ADN y proteínas.\

La autora principal, Silvana Pinna, añade: 'El ATP es tan fundamental para el metabolismo que pensé que sería 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 la 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 todavía usa. El hecho de que esto suceda mejor en agua en condiciones suaves y compatibles con la vida es realmente. bastante significativo para el origen de la vida.'