منوعات

قد تفسر الكيمياء القديمة سبب استخدام الكائنات الحية لـ ATP كعملة عالمية للطاقة – Phys.org

محاكاة ديناميكية جزيئية لـ ADP وفوسفات الأسيتيل. الائتمان: Aaron Halpern، UCL (CC-BY 4.0، creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

أظهرت دراسة جديدة نُشرت في 4 أكتوبر / تشرين الأول في مجلة الوصول المفتوح علم الأحياء بلوسبقلم نيك لين وزملاؤه في جامعة كوليدج لندن بالمملكة المتحدة. من المحتمل أن يلقي هذا الاكتشاف الضوء على المراحل الأولى من الكيمياء الحيوية السابقة للحيوية ، ويقترح كيف أصبح ATP هو الناقل العالمي للطاقة لجميع الحياة الخلوية اليوم.

تستخدم جميع الخلايا ATP ، أدينوسين ثلاثي الفوسفات ، كوسيط للطاقة. أثناء التنفس الخلوي ، يتم التقاط الطاقة عند إضافة الفوسفات إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) لتوليد ATP ؛ يطلق انقسام هذا الفوسفات طاقة لتشغيل معظم أنواع الوظائف الخلوية. لكن بناء التركيب الكيميائي المعقد لـ ATP من نقطة الصفر يتطلب طاقة كبيرة ويتطلب ست خطوات منفصلة يحركها ATP ؛ في حين أن النماذج المقنعة تسمح بتكوين البريبايوتك للهيكل العظمي للاعبي التنس المحترفين بدون طاقة من ATP المتكون بالفعل ، فإنها تشير أيضًا إلى أن ATP كان نادرًا جدًا ، وأن بعض المركبات الأخرى ربما لعبت دورًا مركزيًا في تحويل ADP إلى ADP في هذه المرحلة من تطور.

يعتقد لين وزملاؤه أن المرشح الأكثر ترجيحًا هو فوسفات الأسيتيل المركب ثنائي الكربون ، والذي يعمل اليوم في كل من البكتيريا والعتائق كوسيط أيضي. لقد ثبت أن AcP يؤدي إلى فسفرة ADP إلى ATP في الماء في وجود أيونات الحديد ، ولكن بقيت مجموعة من الأسئلة بعد هذا العرض التوضيحي ، بما في ذلك ما إذا كانت الجزيئات الصغيرة الأخرى قد تعمل أيضًا ، وما إذا كان AcP محددًا لـ ADP أو بدلاً من ذلك يمكن أن يعمل تمامًا مثل جيد مع ثنائي فوسفات النيوكليوسيدات الأخرى (مثل الجوانوزين أو السيتوزين) ، وما إذا كان الحديد فريدًا في قدرته على تحفيز فسفرة ADP في الماء.

في دراستهم الجديدة ، استكشف المؤلفون كل هذه الأسئلة. بالاعتماد على البيانات والفرضيات حول الظروف الكيميائية للأرض قبل نشوء الحياة ، قاموا باختبار قدرة الأيونات والمعادن الأخرى على تحفيز تكوين ATP في الماء ؛ لم يكن أي منها بنفس فعالية الحديد. بعد ذلك ، قاموا باختبار لوحة من الجزيئات العضوية الصغيرة الأخرى لقدرتها على فسفرة ADP. لم يكن أي منها فعالًا مثل AcP ، ولم يكن هناك سوى واحد آخر (كاربامويل فوسفات) أي نشاط مهم على الإطلاق. أخيرًا ، أظهروا أن أيا من مركبات ثنائي فوسفات النيوكليوزيد الأخرى لم تقبل الفوسفات من AcP.

بدمج هذه النتائج مع النمذجة الجزيئية الديناميكية ، يقترح المؤلفون تفسيرًا ميكانيكيًا لخصوصية تفاعل ADP / AcP / الحديد ، بافتراض أن القطر الصغير وكثافة الشحن العالية لأيون الحديد ، جنبًا إلى جنب مع التشكل الوسيط المتكون عندما يجتمع الثلاثة معًا ، ويوفرون هندسة “صحيحة تمامًا” تسمح لفوسفات AcP بالتبديل بين الشركاء ، وتشكيل ATP.

“تشير نتائجنا إلى أن AcP هو أكثر مقدمة منطقية لـ ATP كمفسفر بيولوجي ،” يقول لين ، “وأن ظهور ATP كعملة طاقة عالمية للخلية لم يكن نتيجة” حادث متجمد “، ولكنه نشأ من التفاعلات الفريدة بين ADP و AcP. بمرور الوقت ، مع ظهور المحفزات المناسبة ، يمكن لـ ATP في النهاية أن يحل محل AcP باعتباره مانحًا للفوسفات في كل مكان ، ويعزز بلمرة الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات لتشكيل الحمض النووي الريبي والحمض النووي والبروتينات. “

يضيف المؤلف الرئيسي سيلفانا بينا ، “إن ATP أساسي جدًا لعملية التمثيل الغذائي لدرجة أنني اعتقدت أنه قد يكون من الممكن تكوينه من ADP في ظل ظروف ما قبل الحيوية. لكنني أيضًا اعتقدت أن العديد من عوامل الفسفرة ومحفزات أيونات المعادن ستعمل ، خاصة تلك المحفوظة في الحياة. كان من المدهش جدًا اكتشاف أن التفاعل انتقائي للغاية – في أيون المعدن ، والفوسفات المتبرع ، والركيزة – مع الجزيئات التي لا تزال الحياة تستخدمها. وحقيقة أن هذا يحدث بشكل أفضل في الماء تحت ظروف معتدلة ومتوافقة مع الحياة هو حقًا مهم جدًا بالنسبة إلى أصل الحياة “.


كان من الممكن أن توفر مياه البحر الفوسفور اللازم للحياة الناشئة


معلومات اكثر:
أساس بريبيوتيك لـ ATP كعملة عالمية للطاقة. بلوس علم الأحياء (2022). DOI: 10.1371 / journal.pbio.3001437

مقدمة من المكتبة العامة للعلوم

الاقتباس: قد تفسر الكيمياء القديمة سبب استخدام الكائنات الحية للاعبي التنس المحترفين كعملة عالمية للطاقة (2022 ، 4 أكتوبر) تم استرجاعها في 4 أكتوبر 2022 من https://phys.org/news/2022-10-ancient-chemistry-atp-universal-energy. لغة البرمجة

هذا المستند عرضة للحقوق التأليف والنشر. بصرف النظر عن أي تعامل عادل لغرض الدراسة أو البحث الخاص ، لا يجوز إعادة إنتاج أي جزء دون إذن كتابي. يتم توفير المحتوى لأغراض إعلامية فقط.

اظهر المزيد
زر الذهاب إلى الأعلى