قد تفسر الكيمياء القديمة سبب استخدام الكائنات الحية لـ ATP كعملة طاقة عالمية

يتم استخدام ATP، أدينوسين ثلاثي الفوسفات، من قبل جميع الخلايا كوسيط للطاقة. أثناء التنفس الخلوي، يتم التقاط الطاقة عند إضافة الفوسفات إلى ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) لتوليد ATP؛ يؤدي انقسام هذا الفوسفات إلى إطلاق الطاقة لتشغيل معظم أنواع الوظائف الخلوية. لكن بناء البنية الكيميائية المعقدة للـATP من الصفر يستهلك الكثير من الطاقة ويتطلب ست خطوات منفصلة تعتمد على الـATP؛ في حين أن النماذج المقنعة تسمح بتكوين هيكل الـ ATP قبل التكوين الحيوي بدون طاقة من الـ ATP المتكون بالفعل، فإنها تشير أيضًا إلى أن الـ ATP كان على الأرجح 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 مركب أسيتيل فوسفات ثنائي الكربون (AcP)، والذي يعمل اليوم في كل من البكتيريا والعتائق كوسيط استقلابي. لقد تبين أن AcP يفسفر ADP إلى ATP في الماء في وجود أيونات الحديد، ولكن ظلت هناك مجموعة من الأسئلة بعد هذا العرض التوضيحي، بما في ذلك ما إذا كانت الجزيئات الصغيرة الأخرى قد تعمل أيضًا، وما إذا كان AcP خاصًا بـ ADP أو بدلاً من ذلك يمكن أن يعمل بنفس الطريقة. جيدًا مع ثنائي فوسفات النيوكليوسيدات الأخرى (مثل الغوانوزين أو السيتوزين)، وما إذا كان الحديد فريدًا في قدرته على تحفيز فسفرة ADP في الماء.

في دراستهم الجديدة، استكشف المؤلفون كل هذه الأسئلة. وبالاعتماد على البيانات والفرضيات حول الظروف الكيميائية للأرض قبل نشوء الحياة، اختبروا قدرة الأيونات والمعادن الأخرى على تحفيز تكوين الـATP في الماء. ولم يكن أي منها بنفس فعالية الحديد. بعد ذلك، قاموا باختبار مجموعة من الجزيئات العضوية الصغيرة الأخرى لمعرفة قدرتها على فسفرة ADP؛ لم يكن أي منها فعالاً مثل AcP، ولم يكن هناك سوى نوع واحد آخر (فوسفات الكاربامويل) له أي نشاط مهم على الإطلاق. وأخيرًا، أظهروا أن أيًا من ثنائيات فوسفات النيوكليوزيد الأخرى لم يقبل الفوسفات من AcP.

من خلال الجمع بين هذه النتائج والنمذجة الديناميكية الجزيئية، يقترح المؤلفون تفسيرًا ميكانيكيًا لخصوصية تفاعل ADP/AcP/الحديد، مفترضين أن القطر الصغير وكثافة الشحنة العالية لأيون الحديد، جنبًا إلى جنب مع شكل الوسيط المتكون عندما الثلاثة معًا، يوفرون هندسة 'صحيحة تمامًا' تسمح لفوسفات AcP بتبديل الشركاء، وتشكيل ATP.

يقول لين: 'تشير نتائجنا إلى أن AcP هو السلائف الأكثر منطقية لـ ATP كمفسفر بيولوجي،' وأن ظهور ATP كعملة الطاقة العالمية للخلية لم يكن نتيجة 'حادث متجمد'، ولكنها نشأت من التفاعلات الفريدة بين ADP وACP بمرور الوقت، ومع ظهور محفزات مناسبة، يمكن أن يحل ATP في النهاية محل AcP باعتباره مانحًا للفوسفات في كل مكان. تعزيز بلمرة الأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات لتكوين الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA) والبروتينات.'

تضيف المؤلفة الرئيسية سيلفانا بينا: 'إن ATP أساسي جدًا في عملية التمثيل الغذائي لدرجة أنني اعتقدت أنه قد يكون من الممكن تكوينه من ADP في ظل ظروف ما قبل الحيوية. لكنني اعتقدت أيضًا أن العديد من عوامل الفسفرة والمحفزات الأيونية المعدنية قد تكون فعالة، خاصة تلك المحفوظة في الحياة. لقد كان من المفاجئ 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 المعتدل. إن الظروف المتوافقة مع الحياة مهمة للغاية بالنسبة لأصل الحياة.'