Investigadores de la Universidad de Estrasburgo han demostrado que el hidrógeno gaseoso y los metales simples o meteoritos hacen que partes del ciclo de Krebs inverso ocurran sin enzimas. Se cree que alguna versión de esta vía metabólica se remonta al origen de la vida. Los resultados de este estudio respaldan la hipótesis de que los metales naturales actuaron como catalizadores de las primeras reacciones protometabólicas.
El estudio fue publicado en la revista Angewandte Chemie International Edition.
Las primeras formas de vida probablemente surgieron hace más de 4 mil millones de años, pero el mecanismo exacto sigue sin estar claro. Trabajando bajo una hipótesis conocida como “primero el metabolismo”, los investigadores están recopilando evidencia experimental de que las redes metabólicas, secuencias interconectadas de reacciones químicas que construyen y descomponen las moléculas de la vida y transfieren energía, surgieron espontáneamente de la geoquímica.
A su vez, estas redes, cuyas subunidades se denominan vías metabólicas, dieron lugar a estructuras más complejas como moléculas genéticas y enzimas. En bioquímica tal como la conocemos hoy, cada reacción metabólica es catalizada por una enzima altamente compleja y se necesitan muchas enzimas incluso para una sola vía. Esto lleva a la pregunta: ¿qué fue primero, las enzimas o el metabolismo? Para resolver este enigma, los metales y minerales disponibles en la Tierra primitiva podrían haber catalizado las primeras redes de reacción autoorganizadas, sin necesidad de enzimas.
En este contexto, el foco de la investigación está en las antiguas redes metabólicas que probablemente estuvieron presentes en la vida más temprana, como el ciclo inverso de Krebs. Muchos organismos utilizan esta vía, o partes de ella, para fijar el CO2 en las moléculas orgánicas acumuladas. Es un centro metabólico ya que cinco de sus once productos químicos intermedios se ramifican en otras vías metabólicas para construir lípidos, aminoácidos, azúcares, nucleótidos o cofactores.
Investigadores del Institut de Science et d’Ingénierie Supramoléculaires del CNRS y de la Universidad de Estrasburgo han demostrado que metales simples como el níquel, el rodio o incluso meteoritos, procesados en polvo, son capaces de catalizar tres pasos consecutivos del Krebs inverso. ciclo que convierte el oxalacetato en succinato.
“Las reacciones funcionan con gas hidrógeno, que se produce mediante dos procesos naturales, conocidos como serpentinización y radiólisis del agua. Muchas bacterias todavía utilizan hidrógeno para impulsar su metabolismo”, dice Sophia Rauscher, la primera autora que dirigió el estudio. Las reacciones ocurren bajo 1-10 bar de hidrógeno a pH neutro y temperatura ambiente sin enzimas.
Como parte del estudio, se utilizaron meteoritos de hierro como catalizadores. Los meteoritos impactaron la Tierra desde su formación y entregaron material extraterrestre que es en partes tan antiguo como el propio sistema solar. Por lo tanto, representan raras muestras geológicas auténticas de la época en que comenzó la vida y el metabolismo.
“Algunos de estos meteoritos tienen hasta un 30 % de níquel en masa. También son ricos en metales del grupo del platino que son catalizadores comunes en la industria química, como iridio, rodio, platino y paladio”, dice Joseph Moran, profesor de la Universidad de Estrasburgo y el autor principal que supervisó el estudio.
La observación de que las reacciones metabólicas pueden ser catalizadas por material meteorítico en condiciones prebióticas plausibles refuerza la hipótesis de que los catalizadores metálicos podrían haber iniciado las primeras redes de reacción autoorganizadas.
Al principio, es posible que las redes no se hayan generalizado en la Tierra primitiva, pero podrían haberse iniciado en entornos localizados, posiblemente microscópicos, donde se enriquecieron los metales necesarios. En el futuro, los investigadores buscan ver si los meteoritos o los metales podrían ayudar a que surjan redes de reacción más complejas.
Con información de Phys.org
/2022/08/02/image/jpeg/EgdOnuJIYDTBsguxTivlbQAyzq8NNlAnRUPD8J1M.jpg){kind=link}