Bildiğimiz tüm yaşam, bir tür ‘evrensel hücresel yakıt’ olarak aynı enerji taşıyan molekülü kullanır. Şimdi, eski kimya, yeni bir çalışma raporuna göre, bu çok önemli molekülün nasıl ATP (adenosin trifosfat) haline geldiğini açıklayabilir.
ATP, fotosentez veya hücresel solunum (organizmaların yiyecekleri parçalama şekli) ile yüklenen ve her hücrede kullanılan organik bir moleküldür. Her gün kendi vücut ağırlığımızı ATP olarak geri dönüştürüyoruz.
Yukarıdaki sistemlerin her ikisinde de, fosforilasyon adı verilen bir reaksiyon yoluyla ADP’ye (adenosin difosfat) bir fosfat molekülü eklenir ve ATP ile sonuçlanır.
Aynı fosfatı serbest bırakan reaksiyonlar (hidroliz adı verilen başka bir süreçte), hücrelerimizin beyin sinyallerinden hareket ve üremeye kadar sayısız süreç için kullandığı kimyasal enerjiyi sağlar.
ATP’nin birçok olası eşdeğeri yerine metabolik baskınlığa nasıl yükseldiği, biyolojide uzun süredir devam eden bir gizem ve araştırmanın odak noktası olmuştur.
University College London’dan (UCL) evrimsel biyokimyacı Nick Lane, “Sonuçlarımız, hücrenin evrensel enerji para birimi olarak ATP’nin ortaya çıkmasının “donmuş bir kaza”nın sonucu olmadığını, ancak fosforilasyon moleküllerinin benzersiz etkileşimlerinden kaynaklandığını gösteriyor. ).
ATP’nin tüm canlılar tarafından kullanılması, yaşamın başlangıcından beri ve hatta daha öncesinde, tüm canlı maddeden önce gelen prebiyotik koşullar sırasında var olduğunu göstermektedir.
Ancak araştırmacılar, ATP’nin altı farklı fosforilasyon reaksiyonu ve onu sıfırdan oluşturmak için çok fazla enerji içeren böylesine karmaşık bir yapıya sahip olduğu durumda bunun nasıl olabileceği konusunda şaşkınlar.
“‘Yüksek enerji’ ile ilgili özellikle özel bir şey yok. [phosphorus] ATP’deki bağlar” diyor o sırada UCL’de olan biyokimyacı Silvana Pinna ve meslektaşları makalelerinde.
Ancak ATP, hücrelerimizin genetik bilgisini oluşturmaya da yardımcı olduğu için, bu diğer yoldan enerji kullanımı için bağlanmış olabilir, diyorlar.
Pinna ve ekibi, başlangıçta karmaşık fosforilasyon sürecine başka moleküllerin dahil olmuş olması gerektiğinden şüpheleniyor. Bu yüzden, bakteriler ve arkeler tarafından, fosfat ve tiyoester de dahil olmak üzere kimyasalların metabolizmalarında hala kullanılan başka bir fosforile edici molekül olan AcP’ye yakından baktılar – yaşamın başlangıcında bol olduğu düşünülen bir kimyasal.
Demir iyonlarının (Fe3+) varlığında AcP, suda ADP’yi ATP’ye fosforile edebilir. Diğer iyonların ve minerallerin suda ATP oluşumunu katalize etme yeteneklerini test ettikten sonra, araştırmacılar bunu diğer ikame metaller veya fosforile edici moleküller ile kopyalayamadılar.
Pinna, “Reaksiyonun metal iyonu, fosfat donörü ve substratta – yaşamın hala kullandığı moleküllerle bu kadar seçici olduğunu keşfetmek çok şaşırtıcıydı” diyor.
“Bunun en iyi suda yumuşak, yaşamla uyumlu koşullar altında gerçekleşmesi gerçeği, yaşamın kökeni için gerçekten oldukça önemlidir.”
Bu, AcP ile, bu enerji depolama reaksiyonlarının, biyolojik yaşam ATP üretiminin şimdi kendi kendini sürdüren döngüsünü biriktirmek ve teşvik etmek için orada olmadan önce, prebiyotik koşullarda gerçekleşebileceğini düşündürmektedir.
Ayrıca, deneyler, prebiyotik ATP’nin yaratılmasının büyük olasılıkla, örneğin fotokimyasal reaksiyonların ve volkanik patlamaların, doğru içerik karışımını sağlayabildiği tatlı suda gerçekleştiğini öne sürüyor.
Bu, denizde oluşumunu tamamen engellemese de, yaşamın doğuşunun karaya güçlü bir bağlantı gerektirmiş olabileceğini ima ediyor.
Pinna ve meslektaşları, “Sonuçlarımız, ATP’nin sudaki olağandışı kimyası temelinde prebiyotik, monomerik bir dünyada evrensel enerji para birimi olarak kurulduğunu gösteriyor.”
Dahası, hidrotermal sistemlerdeki pH gradyanları, ATP’nin ADP’ye eşit olmayan bir oranını yaratarak, ATP’nin küçük moleküllerin prebiyotik dünyasında bile işi yürütmesini sağlayabilirdi.
Lane, “Zamanla, uygun katalizörlerin ortaya çıkmasıyla, ATP sonunda her yerde bulunan bir fosfat donörü olarak AcP’nin yerini alabilir ve amino asitlerin ve nükleotitlerin polimerizasyonunu RNA, DNA ve proteinler oluşturmak için teşvik edebilir” diye açıklıyor Lane.
Bu araştırma yayınlandı PLOS Biyoloji.