Sintesi e scomposizione di precursori metabolici universali promossi dal ferro Credito:Università di Strasburgo
Ricercatori a Strasburgo, Francia, hanno scoperto che mescolando due piccole biomolecole, gliossilato e piruvato, nell'acqua ricca di sale di ferro produce una rete di reazioni che ricorda il nucleo della biochimica della vita. Questa scoperta fornisce informazioni su come la chimica sulla Terra primordiale abbia innescato l'evoluzione della vita più antica. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Natura .
Gli scienziati che studiano le origini della vita sulla Terra hanno lottato a lungo per spiegare come la biochimica della vita abbia avuto inizio oltre 4 miliardi di anni fa. La biochimica è organizzata intorno a soli cinque precursori metabolici universali costruiti da C, O e H - proprio come il traffico pesante in una grande metropoli è organizzato attorno a pochi snodi di transito. Perché la vita usa le molecole e le reazioni chimiche che fa, tra innumerevoli alternative, è un mistero completo.
Un gruppo di ricercatori guidati dal professor Joseph Moran dell'Università di Strasburgo ha trascorso gli ultimi anni a lavorare sulle origini del metabolismo biologico. "L'idea che il metabolismo biologico avesse un precursore chimico strettamente correlato che utilizzasse intermedi e trasformazioni simili è un'opzione interessante, " dice Moran. Recentemente, il gruppo ha ricreato un equivalente puramente chimico del percorso AcCoA, un insieme di reazioni utilizzate dai microbi per produrre acetato (due atomi di carbonio) e piruvato (tre atomi di carbonio) da CO 2 . Composti da costruzione più grandi di tre atomi di carbonio da blocchi costituiti da CO 2 era dove il progresso si è fermato. Per compiere tali imprese, la vita si basa su enzimi complessi e un vettore energetico chimico, ATP. Ma sia gli enzimi che l'ATP sono strutture complesse che non sarebbero potute esistere su una Terra senza vita. In che modo allora la vita ha costruito la sua biochimica prima degli enzimi e dell'ATP?
Moran spiega:"La svolta è arrivata dal rendersi conto che un metabolismo chimico potrebbe aver funzionato in un modo leggermente diverso da come funziona oggi nella vita, preservando il quadro generale." Il team si è ispirato al ruolo centrale di un metabolita a due atomi di carbonio, gliossilato, in un modello pubblicato in precedenza dal biologo teorico Daniel Segrè. Un altro indizio è venuto dai chimici organici Ram Krishnamurthy e Greg Springsteen, che ha riferito che il piruvato (tre atomi di carbonio) e il gliossilato (due atomi di carbonio) reagiscono facilmente per formare legami C-C in acqua. Kamila Muchowska, un ricercatore post-dottorato nel team di Moran e primo autore dell'attuale studio afferma, "Abbiamo mescolato gliossilato e piruvato a caldo, acqua ricca di ferro e ho notato che dà origine a una rete di reazione con oltre 20 intermedi biologici, compresi quelli grandi fino a sei atomi di carbonio." Non solo la rete aumenta di complessità nel tempo, ma riduce anche gli intermedi a CO 2 , proprio come fa la vita. "Il sistema chimico realistico ottenuto in questo modo ricorda concettualmente la funzione dell'anabolismo biologico e del catabolismo:non sono necessari enzimi, basta aggiungere ferro, "dice Morano.
Nell'ambito dello studio, i ricercatori hanno testato cosa succede se nel sistema vengono introdotte una fonte di azoto e una fonte di elettroni. "Quando abbiamo aggiunto idrossilammina e ferro metallico all'esperimento, la rete di reazione ha prodotto quattro amminoacidi biologici, " spiega Sreejith Varma, coautore dello studio. Morano dice, "Interessante, nel codice genetico, quegli stessi quattro amminoacidi hanno tutti codoni che iniziano con G, sostenere le idee secondo cui il metabolismo e il codice genetico potrebbero essere emersi in parallelo".
La rete di reazioni appena scoperta ha così tanto in comune con i cicli biologici conosciuti che il team si chiede se i cicli di Krebs e del gliossilato possano aver avuto origini puramente chimiche. "Pensiamo che il metabolismo chimico avrebbe potuto costruire precursori dei cicli biologici in questo modo, prima che esistessero ATP ed enzimi, " afferma Muchowska. I ricercatori di Strasburgo ora sono ansiosi di vedere come la rete di reazione può cambiare in risposta a diversi elementi, e se può portare alle molecole della genetica.
