Um simples composto de dois carbonos pode ter sido crucial na evolução do metabolismo antes do advento das células, de acordo com um novo estudo publicado em 4 de outubro na revista de acesso aberto PLOS Biology , por Nick Lane e colegas da University College London, Reino Unido A descoberta potencialmente lança luz sobre os primeiros estágios da bioquímica prebiótica e sugere como o ATP veio a ser o transportador universal de energia de toda a vida celular hoje.
ATP, trifosfato de adenosina, é usado por todas as células como intermediário de energia. Durante a respiração celular, a energia é capturada quando um fosfato é adicionado ao ADP (difosfato de adenosina) para gerar ATP; a clivagem desse fosfato libera energia para alimentar a maioria dos tipos de funções celulares. Mas construir a estrutura química complexa do ATP a partir do zero consome muita energia e requer seis etapas separadas por ATP; Embora modelos convincentes permitam a formação prebiótica do esqueleto de ATP sem energia do ATP já formado, eles também sugerem que o ATP provavelmente era bastante escasso e que algum outro composto pode ter desempenhado um papel central na conversão de ADP em ATP neste estágio de evolução.

O candidato mais provável, acreditavam Lane e seus colegas, era o composto de dois carbonos acetil fosfato (AcP), que funciona hoje em bactérias e archaea como intermediário metabólico. Demonstrou-se que o AcP fosforila ADP em ATP na água na presença de íons de ferro, mas uma série de questões permaneceram após essa demonstração, incluindo se outras moléculas pequenas também poderiam funcionar, se o AcP é específico para o ADP ou se poderia funcionar da mesma forma. bem com difosfatos de outros nucleosídeos (como guanosina ou citosina), e se o ferro é único em sua capacidade de catalisar a fosforilação de ADP em água.

Em seu novo estudo, os autores exploraram todas essas questões. Com base em dados e hipóteses sobre as condições químicas da Terra antes do surgimento da vida, eles testaram a capacidade de outros íons e minerais de catalisar a formação de ATP na água; nenhum foi tão eficaz quanto o ferro. Em seguida, eles testaram um painel de outras pequenas moléculas orgânicas quanto à sua capacidade de fosforilar ADP; nenhum foi tão eficaz quanto AcP, e apenas um outro (fosfato de carbamoil) teve qualquer atividade significativa. Finalmente, eles mostraram que nenhum dos outros difosfatos de nucleosídeos aceitou um fosfato de AcP.

Combinando esses resultados com a modelagem molecular-dinâmica, os autores propõem uma explicação mecanicista para a especificidade da reação ADP/AcP/ferro, hipotetizando que o pequeno diâmetro e a alta densidade de carga do íon ferro, combinados com a conformação do intermediário formado quando os três se juntam, fornecem uma geometria "perfeita" que permite que o fosfato de AcP troque de parceiro, formando ATP.

"Nossos resultados sugerem que o AcP é o precursor mais plausível do ATP como fosforilador biológico", diz Lane, "e que o surgimento do ATP como a moeda universal de energia da célula não foi o resultado de um 'acidente congelado', mas surgiu das interações únicas de ADP e AcP. Com o tempo, com o surgimento de catalisadores adequados, o ATP poderia eventualmente substituir AcP como um doador de fosfato onipresente e promover a polimerização de aminoácidos e nucleotídeos para formar RNA, DNA e proteínas."

A autora principal Silvana Pinna acrescenta:"O ATP é tão central para o metabolismo que pensei que poderia ser possível formá-lo a partir de ADP sob condições prebióticas. Mas também pensei que vários agentes fosforilantes e catalisadores de íons metálicos funcionariam, especialmente aqueles conservados em vida. Foi muito surpreendente descobrir que a reação é tão seletiva – no íon metálico, doador de fosfato e substrato – com moléculas que a vida ainda usa. a origem da vida”. + Explorar mais

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