La base de un ATP prebiótico como moneda energética mundial

El ATP se conserva universalmente como la principal moneda de energía en las células, impulsando el metabolismo a través de reacciones de fosforilación y condensación. Esta profunda preservación indica que el ATP surgió en una etapa temprana de la evolución bioquímica.

Sin embargo, la síntesis de purinas requiere 6 pasos de fosforilación asociados con la hidrólisis de ATP. Esta autocatálisis de ATP de la síntesis de ATP requiere la necesidad de un equivalente de ATP prebiótico, que puede conducir al metabolismo de proteínas antes de la síntesis de purinas. La razón de esta sustitución temprana del factor de fosforilación, específicamente con ATP en lugar de trifosfato de nucleósido, sigue siendo un misterio.

Aquí, mostramos que la profunda conservación de ATP puede reflejar su química prebiótica con respecto a otro mediador universalmente conservado, el acetil fosfato (AcP), que vincula el metabolismo del tioéster-fosfato al unir acetil-CoA con la fosforilación de ADP a nivel de sustrato.

Confirmamos resultados anteriores que muestran que AcP puede fosforilar ADP a ATP con un rendimiento de aproximadamente 20% en agua en presencia de iones Fe3+. A continuación mostramos que Fe3+ y AcP son sorprendentemente favoritos. Una amplia gama de iones y metales previamente relacionados no catalizaron la fosforilación de ADP.

De un panel de agentes fosforilantes prebióticos, solo AcP y, en menor medida, fosfato de carbamoilo, mostraron algún potencial de fosforilación significativo. Crucialmente, AcP no fosforiló ningún otro difosfato de nucleósido. Usamos estos datos, cinética de reacción y simulaciones dinámicas moleculares para inferir un posible mecanismo.

Nuestros hallazgos pueden indicar que la razón de la conservación global de ATP a lo largo de la vida es que su formación se ve favorecida químicamente en solución acuosa en condiciones prebióticas suaves.

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