Cada forma de vida en la Tierra usa la misma sustancia química para obtener energía. Esto podría explicar por qué. : AlertaCiencia


Toda la vida, tal como la conocemos, utiliza exactamente la misma molécula portadora de energía como una especie de “combustible celular universal”. Ahora, la química antigua puede explicar cómo esa molécula tan importante terminó siendo ATP (trifosfato de adenosina), informa un nuevo estudio.

El ATP es una molécula orgánica, cargada por la fotosíntesis o por la respiración celular (la forma en que los organismos descomponen los alimentos) y se utiliza en cada célula. Todos los días, reciclamos nuestro propio peso corporal en ATP.

En los dos sistemas anteriores, se agrega una molécula de fosfato al ADP (difosfato de adenosina) a través de una reacción llamada fosforilación, lo que da como resultado ATP.

Las reacciones que liberan ese mismo fosfato (en otro proceso llamado hidrólisis) proporcionan energía química que nuestras células utilizan para innumerables procesos, desde la señalización cerebral hasta el movimiento y la reproducción.

Cómo el ATP ascendió al dominio metabólico, en lugar de muchos equivalentes posibles, ha sido un misterio de larga data en biología y el foco de la investigación.

“Nuestros resultados sugieren… que el surgimiento de ATP como la moneda de energía universal de la célula no fue el resultado de un ‘accidente congelado'”, sino que surgió de interacciones únicas de moléculas de fosforilación, explica el bioquímico evolutivo Nick Lane del University College London (UCL ).

El hecho de que todos los seres vivos utilicen ATP sugiere que ha existido desde el principio de la vida e incluso antes, durante las condiciones prebióticas que nos precedieron a todos nosotros, la materia animada.

Pero los investigadores están desconcertados en cuanto a cómo podría ser este el caso cuando el ATP tiene una estructura tan complicada que involucra seis reacciones de fosforilación diferentes y una gran cantidad de energía para crearlo desde cero.

“No hay nada particularmente especial acerca de la ‘alta energía’ [phosphorus] enlaces en el ATP”, dice la bioquímica Silvana Pinna, que trabajaba en la UCL en ese momento, y sus colegas en su artículo.

Pero dado que el ATP también ayuda a construir la información genética de nuestras células, es posible que se haya utilizado para el uso de energía a través de esta otra vía, señalan.

Pinna y su equipo sospechan que algunas otras moléculas deben haber estado involucradas inicialmente en el complicado proceso de fosforilación. Así que observaron de cerca otra molécula fosforiladora, AcP, que todavía utilizan las bacterias y las arqueas en su metabolismo de sustancias químicas, incluidos el fosfato y el tioéster, una sustancia química que se cree que abundaba al comienzo de la vida.

En presencia de iones de hierro (Fe3+), AcP puede fosforilar ADP a ATP en agua. Al probar la capacidad de otros iones y minerales para catalizar la formación de ATP en el agua, los investigadores no pudieron replicar esto con otros metales sustitutos o moléculas fosforilantes.

“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”, dice Pinna.

“El hecho de que esto suceda mejor en el agua en condiciones suaves y compatibles con la vida es realmente muy importante para el origen de la vida”.

Esto sugiere que con AcP, estas reacciones de almacenamiento de energía podrían tener lugar en condiciones prebióticas, antes de que la vida biológica estuviera allí para acumular y estimular el ciclo de producción de ATP que ahora se perpetúa a sí mismo.

Además, los experimentos sugieren que la creación de ATP prebiótico era más probable que tuviera lugar en agua dulce, donde las reacciones fotoquímicas y las erupciones volcánicas, por ejemplo, podrían proporcionar la combinación adecuada de ingredientes, explica el equipo.

Si bien esto no excluye por completo su ocurrencia en el mar, sí sugiere que el nacimiento de la vida puede haber requerido un fuerte vínculo con la tierra, señalan.

“Nuestros resultados sugieren que el ATP se estableció como la moneda de energía universal en un mundo monomérico prebiótico, sobre la base de su química inusual en el agua”, escriben Pinna y sus colegas.

Además, los gradientes de pH en los sistemas hidrotermales podrían haber creado una proporción desigual de ATP a ADP, lo que permitió que el ATP impulsara el trabajo incluso en el mundo prebiótico de las moléculas pequeñas.

“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”, explica Lane.

Esta investigación fue publicada en PLOS Biología.