چرا موجودات زنده به طور عام از ATP به عنوان جریان انرژی استفاده می‌کنند

بر طبق تحقیق جدید، یک ترکیب دو کربنی ساده ممکن است که نقش بسیار مهمی در تکامل متابولیسم، قبل از ایجاد سلول‌ها داشته باشد.

اولین گام در تکامل متابولیک، زمینه را برای شکل‌گیری ATP به عنوان حامل انرژی داخل سلولی آماده می‌کند.

یک ترکیب دو کربنی ساده ممکن است که نقش بسیار مهمی در تکامل متابولیسم قبل از ایجاد سلول‌ها داشته باشد. نیک لِین و همکارانش از دانشگاه کالج لندن برطبق مطالعات جدیدشان این فرضیه را بیان کردند که چهار اکتبر در نشریه‌‌ی پلوس بیولوژی به چاپ رسیده است. این اکتشاف ممکن است شناخت و درک مهمی از بیوشیمی پیش‌زیستی به ما ارائه نماید. این یافته‌ بیان می‌کند که چگونه آدنوزین تری فسفات به یک حامل تبدیل شده که در تمام ساختارهای زنده‌ی سلولی، انرژی را حمل می‌کند.

آدنوزین تری فسفات ATP ، یک ترکیب آلی است که برای بسیاری از فرآیندهای داخل سلولی مانند انتقال تکانه عصبی، انقباض عضلات و سنتز مواد، انرژی لازم را تامین می‌کند. آدنوزین تری فسفات در تمام ساختارهای زنده‌ی سلولی یافت می‌شود و به عنوان حامل انرژی در داخل سلول‌های زنده شناخته می‌شود.

 ATP در تمام سلول‌ها به عنوان واسط انرژی استفاده می‌شود. در تنفس سلولی وقتی که یک فسفر به ADP اضافه می‌شود انرژی به دام می افتد تا ATP ساخته شود. با جدا شدن این فسفر انرژی آزاد می‌شود که فرآیندهای داخل سلولی را میسر می‌کند.

ساخت ترکیب شیمیایی ATP از ابتدا به انرژی زیادی نیاز دارد و طی شش مرحله‌ی جداگانه انجام می‌شود.

 در حالی‌ که طبق مدل‌های قابل‌قبول، شکل‌گیری ساختارهای پیش‌زیستی از  ATP بدون استفاده از انرژی ATP  از قبل ساخته شده، امکان پذیر است و این نشان می‌دهد که وجود ATP  از قبل ساخته شده، تقریبا ناممکن بوده است یعنی اینکه در این مرحله از تکامل یک ترکیب دیگری وجود داشته که در تبدیل ADP به ATP  نقش داشته است. لِین و همکارانش فکر می‌کنند که این ترکیب احتمالی، ترکیب دو کربنی استیل فسفات (AcP) است که امروزه در باکتری‌ها و باکتری‌های باستانی به عنوان واسط متابولیک نقش دارد. مشخص شده است که  AcPدر آب و در حضور یون آهن با اضافه کردن فسفر، ADP را به ATP تبدیل می‌کند، اما در اینجا سوالات زیادی باقی می‌ماند از جمله اینکه آیا مولکول‌های دیگری نیز ممکن است همین نقش را داشته باشند، آیا AcP برای ADP، خاص است یا می‌تواند با دی فسفات از سایر نکلئوساید‌ها نیز به خوبی عمل کند و آیا آهن در فرآیند اضافه کردن فسفر به ADP در آب، قابلیت منحصر به فردی دارد؟

شبیه‌سازی داینامیک مولکولی از ADP و استیل فسفات: آرون هالپرن، دانشگاه یو سی ال

مولفان این تحقیق، تمام این سوالات را پاسخ داده‌اند. با کمک گرفتنن از اطلاعات و فرضیه‌ها درباره‌ی شرایط شیمیایی زمین قبل از پیدایش حیات، قابلیت دیگر یون‌ها را برای ساخته شدن ATP در آب بررسی کردند هیچ کدام از یون‌ها و مواد معدنی دیگر به اندازه‌ی آهن موثر نبودند. سپس آنها برای اضافه کردن فسفر به ADP، مولکول‌های آلی دیگر را مورد آزمایش قرار دادند؛ هیچ کدام از آنها به اندازه‌ی استیل فسفات موثر نبودند و در آخر نشان دادند که هیچ کدام از دی فسفات نوکلئوساید‌های دیگر از استیل فسفات ، فسفات نگرفته است.

این محققان با استفاده از این نتایج و شبیه‌سازی مولکولی ، یک نظریه‌ی ماشینی را درباره خاص بودن ADP و  AcP  و واکنش آهن ارائه دادند؛ با این فرضیه که قطر کوچک آهن و بالابودن چگالی بار یون آهن به صورت یک واسط عمل می‌کند و زمانی که این سه کنار هم قرار می‌گیرند شرایط مناسبی مهیا می‌شود که فسفات موجود در استیل فسفات جدا می‌شود و باعث ساخت ATP می‌شود.

لِین درباره‌ی این تحقیق می‌گوید: «نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که استیل فسفات به عنوان اضافه‌کننده فسفر، شکل نخستین ATP بوده است و شکل‌گیری ATP به عنوان جریان انرژی در داخل سلول، نتیجه‌ی یک رخداد غیرمنتظره نبوده است بلکه از واکنش متقابل ADP و AcP ایجاد شده است. در طی زمان با ایجاد کاتالیزورهای مناسب، ATP توانست جای استیل فسفات را به عنوان دهنده‌ی فسفر بگیرد و در پلیمریزاسیون آمینواسیدها و نوکلئوتیدها و شکل‌گیری DNA،RNA  و پروتئین‌ها کمک کند».

مولف اصلی این پژوهش سیلویا پینا می‌گوید: « ATP در متابولیسم آنقدر مهم است که فکر می‌کردم که تحت شرایط پیش‌زیستی ساخت آن از ADP امکان‌پذیر است، همچنین فکر می‌کردم که چندین عامل اضافه‌کننده‌ی فسفر و کاتالیزور یونی در این فرآیند موثر هستند مخصوصا آنهایی که در طی تکامل باقی مانده‌اند. کشف این موضوع که این واکنش بسیار گزینشی بوده ــ از لحاظ یون آهن، دهنده‌ی فسفات و ماده ی اصلی واکنش ــ برای ما این فرآیند بسیار شگفت‌انگیز بود. این حقیقت که این واکنش در آب و تحت شرایطی مطابق با ساختار سلول زنده اتفاق افتاده است برای شناخت منشا حیات بسیار مهم است».

منابع:  یک مبنای پیش‌زیستی برای ATP به عنوان جریان انرژی اثر سیلوانا پینا، آرون هالپرن، استوارت اِی هریسون، سین اِف جردن، جان وارد، فین ِورنر و نیک لِین، چهار اکتبر ۲۰۲۲، پلوس بیولوژی

تامین بودجه: از انجمن تحقیقاتی علوم زیست شناسی و بیوتکنولوژی ، از گِیتس ونچرز، انجمن تحقیقاتی محیط زیست طبیعی سپاسگزاریم. این انجمن‌ها که بودجه تحقیقات را تامین کردند در طراحی مطالعات، جمع‌آوری داده‌ها، در تجزیه و تحلیل داده‌ها و تصمیم‌گیری برای چاپ و آماده‌سازی دست‌نوشته‌ها نقشی نداشته‌اند.

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *