고대 화학은 생명체가 ATP를 보편적인 에너지 통화로 사용하는 이유를 설명할 수 있습니다.

ATP(아데노신 삼인산)는 모든 세포에서 에너지 중간체로 사용됩니다. 세포 호흡 중에 인산염이 ADP(아데노신 이인산염)에 첨가되어 ATP를 생성할 때 에너지가 포착됩니다. 인산염이 절단되면 대부분의 세포 기능에 전력을 공급하는 에너지가 방출됩니다. 그러나 ATP의 복잡한 화학 구조를 처음부터 구축하는 것은 에너지 집약적이며 6개의 개별 ATP 기반 단계가 필요합니다. 설득력 있는 모델은 이미 형성된 ATP로부터 에너지를 얻지 않고도 ATP 골격의 프리바이오틱스 형성을 허용하지만 ATP가 매우 부족할 가능성이 높으며 일부 다른 화합물이 이 단계에서 ADP를 ADP로 전환하는 데 중심 역할을 했을 수도 있음을 시사합니다. 진화.

Lane과 동료들은 가장 유력한 후보는 오늘날 박테리아와 고세균 모두에서 대사 중간체로 기능하는 2탄소 화합물인 아세틸 인산염(AcP)이라고 믿었습니다. AcP는 철 이온이 있을 때 물 속에서 ADP를 ATP로 인산화시키는 것으로 나타났습니다. 그러나 그 시연 이후에도 다른 작은 분자도 작동할 수 있는지, AcP가 ADP에 특이적인지 아니면 대신에 ADP와 같이 작동할 수 있는지를 포함하여 많은 질문이 남아 있었습니다. 다른 뉴클레오시드(예: 구아노신 또는 시토신)의 이인산염과 잘 일치하는지, 철이 물에서 ADP 인산화를 촉매하는 능력이 독특한지 여부를 확인합니다.

새로운 연구에서 저자들은 이러한 모든 질문을 탐구했습니다. 생명이 탄생하기 전 지구의 화학적 상태에 관한 데이터와 가설을 바탕으로 그들은 물에서 ATP 형성을 촉매하는 다른 이온과 미네랄의 능력을 테스트했습니다. 철만큼 효과적인 것은 없었습니다. 다음으로, 그들은 ADP를 인산화하는 능력에 대해 다른 작은 유기 분자 패널을 테스트했습니다. AcP만큼 효과적인 것은 없었으며, 단 하나(카바모일 인산염)만이 유의미한 활성을 보였습니다. 마지막으로, 그들은 다른 뉴클레오시드 이인산염 중 어느 것도 AcP로부터 인산염을 받아들이지 않는다는 것을 보여주었습니다.

이러한 결과를 분자 역학 모델링과 결합하여 저자는 ADP/AcP/철 반응의 특이성에 대한 기계적 설명을 제안하고, 철 이온의 작은 직경과 높은 전하 밀도가 다음과 같은 경우 형성되는 중간체의 형태와 결합된다는 가설을 세웠습니다. 세 가지가 함께 모여 AcP의 인산염이 파트너를 전환하여 ATP를 형성할 수 있는 '딱 맞는' 기하학을 제공합니다.

우리의 결과는 AcP가 생물학적 인산화제로서 ATP의 가장 그럴듯한 전구체임을 암시합니다'라고 Lane은 말합니다. '그리고 세포의 보편적 에너지 통화로서 ATP의 출현은 '동결 사고'의 결과가 아니었습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 적절한 촉매가 출현하면서 ATP는 결국 AcP를 대체할 수 있었고 아미노산과 뉴클레오티드의 중합을 촉진하여 RNA, DNA를 형성할 수 있었습니다. 그리고 단백질.\

수석 저자인 Silvana Pinna는 'ATP는 신진대사의 핵심이므로 프리바이오틱스 조건에서 ADP로부터 ATP를 형성하는 것이 가능할 것이라고 생각했습니다. 그러나 또한 여러 인산화제와 금속 이온 촉매, 특히 생명체에 보존된 인산화제와 금속 이온 촉매가 효과가 있을 것이라고 생각했습니다. 생명체가 여전히 사용하는 분자와의 반응이 금속 이온, 인산염 공여체 및 기질에서 매우 선택적이라는 사실을 발견한 것은 매우 놀랍습니다. 이것이 온화하고 생명체에 적합한 조건의 물에서 가장 잘 일어난다는 사실은 정말 놀랍습니다. 에 있어서 상당히 중요한 생명의 기원.'