Toda a vida como a conhecemos usa exatamente a mesma molécula transportadora de energia como uma espécie de ‘combustível celular universal’. Agora, a química antiga pode explicar como essa molécula tão importante acabou sendo ATP (trifosfato de adenosina), relata um novo estudo.
O ATP é uma molécula orgânica, carregada pela fotossíntese ou pela respiração celular (a maneira como os organismos decompõem os alimentos) e usada em cada célula. Todos os dias, reciclamos nosso próprio peso corporal em ATP.
Em ambos os sistemas acima, uma molécula de fosfato é adicionada ao ADP (difosfato de adenosina) através de uma reação chamada fosforilação – resultando em ATP.
As reações que liberam esse mesmo fosfato (em outro processo chamado hidrólise) fornecem energia química que nossas células usam para inúmeros processos, desde a sinalização cerebral até o movimento e a reprodução.
Como o ATP ascendeu ao domínio metabólico, no lugar de muitos equivalentes possíveis, tem sido um mistério de longa data na biologia e o foco da pesquisa.
“Nossos resultados sugerem… que o surgimento do ATP como a moeda universal de energia da célula não foi o resultado de um ‘acidente congelado'”, mas surgiu de interações únicas de moléculas de fosforilação, explica o bioquímico evolucionário Nick Lane, da University College London (UCL ).
O fato de o ATP ser usado por todos os seres vivos sugere que ele existe desde o início da vida e mesmo antes, durante as condições prebióticas que precederam todos nós, matéria animada.
Mas os pesquisadores estão intrigados sobre como isso pode acontecer quando o ATP tem uma estrutura tão complicada que envolve seis reações de fosforilação diferentes e muita energia para criá-lo do zero.
“Não há nada particularmente especial sobre as ligações de ‘alta energia’ [fósforo] no ATP”, diz a bioquímica Silvana Pinna, que estava na UCL na época, e colegas em seu artigo.
Mas, como o ATP também ajuda construindo a informação genética de nossas células, ele pode ter sido usado para uso de energia por esse outro caminho, observam.
Pinna e sua equipe suspeitam que algumas outras moléculas devem ter estado envolvidas inicialmente no complicado processo de fosforilação. Então, eles examinaram de perto outra molécula fosforilante, AcP, que ainda é usada por bactérias e archaea em seu metabolismo de substâncias químicas, incluindo fosfato e tioéster – uma substância química que se acredita ter sido abundante no início da vida.
Na presença de íons de ferro (Fe3+), AcP pode fosforilar ADP em ATP em água. Ao testar a capacidade de outros íons e minerais de catalisar a formação de ATP na água, os pesquisadores não conseguiram replicar isso com outros metais substitutos ou moléculas fosforilantes.
“Foi muito surpreendente descobrir que a reação é tão seletiva – no íon metálico, doador de fosfato e substrato – com moléculas que a vida ainda usa”, diz Pinna.
“O fato de isso acontecer melhor na água sob condições amenas e compatíveis com a vida é realmente bastante significativo para a origem da vida”.
Isso sugere que, com AcP, essas reações de armazenamento de energia poderiam ocorrer em condições prebióticas, antes que a vida biológica existisse para acumular e estimular o agora autoperpetuante ciclo de produção de ATP.
Além disso, os experimentos sugerem que a criação de ATP prebiótico provavelmente ocorreu em água doce, onde reações fotoquímicas e erupções vulcânicas, por exemplo, poderiam fornecer a mistura certa de ingredientes, explica a equipe.
Embora isso não exclua completamente sua ocorrência no mar, sugere que o nascimento da vida pode ter exigido um forte vínculo com a terra, observam.
“Nossos resultados sugerem que o ATP se estabeleceu como a moeda universal de energia em um mundo pré-biótico e monomérico, com base em sua química incomum na água”, escrevem Pinna e colegas.
Além disso, os gradientes de pH em sistemas hidrotermais podem ter criado uma proporção desigual de ATP para ADP, permitindo que o ATP conduza o trabalho mesmo no mundo prebiótico de pequenas moléculas.
“Com o tempo, com o surgimento de catalisadores adequados, o ATP poderia eventualmente substituir o AcP como um doador de fosfato onipresente e promover a polimerização de aminoácidos e nucleotídeos para formar RNA, DNA e proteínas”, explica Lane.
Publicado em 07/10/2022 09h49
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