Neden canlılar genellikle enerji kullanımını ATP üzerinden gerçekleştirirler. Yani ATP enerjinin korunabileceği ve kullanılabileceği optimum form mu?

Basit bir iki karbonlu bileşik, hücrelerin ortaya çıkmasından önce metabolizmanın evriminde çok önemli bir oyuncu olmuş olabilir. Bu, Nick Lane ve University College London, Birleşik Krallık'tan meslektaşları tarafından 4 Ekim'de açık erişimli PLOS Biology dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmaya göre. Keşif, prebiyotik biyokimyanın en erken aşamalarına dair önemli bilgiler sağlayabilir. Ek olarak, bulgu, ATP'nin (adenozin trifosfat) günümüzde tüm hücresel yaşamın evrensel enerji taşıyıcısı haline geldiğini gösteriyor.

*Adenozin trifosfat (ATP), canlı hücrelerde sinir impulsunun yayılması, kas kasılması, yoğuşmanın çözünmesi ve kimyasal sentez gibi birçok işlemi yürütmek için enerji sağlayan organik bir bileşiktir. ATP, bilinen tüm yaşam formlarında bulunur ve genellikle hücre içi enerji transferinin "moleküler para birimi" olarak adlandırılır.*

ATP, tüm hücreler tarafından bir enerji ara maddesi olarak kullanılır. Hücresel solunum sırasında, ATP üretmek için ADP'ye (adenozin difosfat) bir fosfat eklendiğinde enerji yakalanır. Bu fosfatın bölünmesi, çoğu hücresel fonksiyon tipine güç sağlamak için enerji açığa çıkarır.

Bununla birlikte, ATP'nin karmaşık kimyasal yapısını sıfırdan oluşturmak enerji yoğundur ve altı ayrı ATP güdümlü adım gerektirir. İkna edici modeller, halihazırda oluşturulmuş ATP'den enerji olmadan ATP iskeletinin prebiyotik oluşumuna izin verirken, aynı zamanda ATP'nin muhtemelen oldukça kıt olduğunu da gösterirler. Bu, başka bazı bileşiklerin, evrimin bu aşamasında ADP'nin ATP'ye dönüştürülmesinde merkezi bir rol oynamış olabileceği anlamına gelir.

Lane ve meslektaşlarına göre en olası aday, günümüzde hem bakterilerde hem de arkelerde bir metabolik ara madde olarak işlev gören iki karbonlu bileşik asetil fosfat (AcP) idi. AcP'nin demir iyonlarının varlığında suda ADP'yi ATP'ye fosforile ettiği gösterildi, ancak bu gösteriden sonra, diğer küçük moleküllerin de işe yarayıp yaramayacağı, AcP'nin ADP'ye özgü olup olmadığı veya bunun yerine işlev görüp göremeyeceği gibi bir dizi soru kaldı. diğer nükleositlerin difosfatları (guanozin veya sitozin gibi) ile iyi bir uyum içinde olup olmadığı ve demirin suda ADP fosforilasyonunu katalize etme yeteneğinde benzersiz olup olmadığı.^[1]Yazarlar tüm bu soruları yeni çalışmalarında araştırdılar. Dünya'nın yaşam ortaya çıkmadan önceki kimyasal koşulları hakkındaki verilerden ve hipotezlerden yararlanarak, diğer iyonların ve minerallerin suda ATP oluşumunu katalize etme yeteneğini test ettiler; hiçbiri neredeyse demir kadar etkili değildi. Daha sonra, ADP'yi fosforile etme yetenekleri açısından diğer küçük organik moleküllerden oluşan bir paneli test ettiler; hiçbiri AcP kadar etkili değildi ve yalnızca biri (karbamoil fosfat) herhangi bir önemli aktiviteye sahipti. Son olarak, diğer nükleosid difosfatların hiçbirinin AcP'den bir fosfat kabul etmediğini gösterdiler.

Bu sonuçları moleküler dinamik modelleme ile birleştiren yazarlar, ADP/AcP/demir reaksiyonunun özgüllüğü için mekanik bir açıklama önererek, demir iyonunun küçük çapının ve yüksek yük yoğunluğunun, ne zaman oluşan ara maddenin konformasyonu ile birleştiğini varsayarlar. Üçü bir araya gelerek, AcP'nin fosfatının ortak değiştirerek ATP oluşturmasına izin veren "doğru" bir geometri sağlar.

Lane, "Sonuçlarımız, AcP'nin biyolojik bir fosforilatör olarak ATP'nin en makul öncüsü olduğunu ve ATP'nin hücrenin evrensel enerji para birimi olarak ortaya çıkmasının" donmuş bir kaza "sonucu olmadığını gösteriyor. ADP ve AcP'nin benzersiz etkileşimlerinden. Zamanla, uygun katalizörlerin ortaya çıkmasıyla ATP, sonunda her yerde bulunan bir fosfat donörü olarak AcP'nin yerini alabilir ve RNA, DNA ve proteinler oluşturmak için amino asitlerin ve nükleotitlerin polimerizasyonunu teşvik edebilir.

Baş yazar Silvana Pinna şunları ekliyor: "ATP, metabolizma için o kadar merkezi ki, onu prebiyotik koşullar altında ADP'den oluşturmanın mümkün olabileceğini düşündüm. Ama aynı zamanda, özellikle yaşamda korunan birçok fosforile edici maddenin ve metal iyonu katalizörünün de işe yarayacağını düşündüm. Reaksiyonun, yaşamın hala kullandığı moleküllerle metal iyonu, fosfat donörü ve substratta bu kadar seçici olduğunu keşfetmek çok şaşırtıcıydı. Bunun en iyi suda, ılıman, yaşamla uyumlu koşullarda gerçekleşmesi, yaşamın kökeni için gerçekten çok önemli.”^[1]