La regulación del primer metabolismo prebiótico.

El papel central que en la bioquímica tiene el ciclo de Krebs sugiere que fue uno de los primeros componentes del metabolismo celular y que probablemente tuviese un origen abiogénico. En una Tierra primitiva con poco oxígeno es más que posible que surgiese en el otro sentido, produciendo compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono y agua. Un equipo de investigadores encabezado por Wei Wang, del Instituto de Tecnología de Harbin (China), ha encontrado indicios de que el anticiclo de Krebs (ciclo reductivo de los ácidos tricarboxílicos) puede estar fotocatalizado en la superficie de los minerales de sulfuro comunes. Los resultados se publican en Chemical Communications.

El ciclo del ácido cítrico o de Krebs es una serie de reacciones químicas por la que los organismos vivos aerobios (que usan oxígeno) generan energía por la oxidación del acetato obtenido de los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas dando como productos de desecho dióxido de carbono y agua. Aparte de la energía, el ciclo produce precursores para la biosíntesis de compuestos de importancia biológica, como ciertos aminoácidos y el agente reductor NADH que interviene en numerosas reacciones bioquímicas.

Existen bacterias en las que el ciclo de Krebs funciona en sentido contrario, lo que se llama el ciclo reductivo de los ácidos tricarboxílicos (CRAT), formando compuestos orgánicos a partir de dióxido de carbono y agua. Estas bacterias podrían estar conservando el metabolismo primordial.

La conclusión a la que llegan Wang et al. es que las primeras reacciones que formaron moléculas biológicas y sus rutas metabólicas pudieron haber tenido lugar en la superficie de minerales de azufre en las fumarolas hidrotermales marinas. Esta sería la explicación de por qué las enzimas que contienen agrupaciones metal-sulfuro juegan un papel tan importante en el metabolismo de la mayoría de los organismos.

Los investigadores emplearon esfalerita (más conocida quizás como blenda, pero aquí favorecemos el griego clásico frente al alemán), un mineral de sulfuro de cinc, con presencia habitual de sulfuro de hierro, (Zn, Fe)S. La esfalerita podía catalizar, en presencia de radiación ultravioleta (recordemos que en la Tierra primitiva no había oxígeno y tampoco ozono, por lo que la intensidad de la radiación UV que llegaba a superficie era mucho mayor que ahora), la aminación reductora reversible de los alfa cetoácidos, lo que podría equilibrar la entrada y salida de metabolitos de la CRAT, esto es, la homeostasis redox.

Los resultados del equipo de Wang muestran que la esfalerita puede catalizar en presencia de radiación UV tanto la aminación reductora del alfa-cetoglutarato (un producto intermedio del CRAT; α-ketoglutarate en la imagen) para obtener el aminoácido glutamato como la reacción inversa. El sistema también puede catalizar otros procesos de aminación reversibles necesarios para la homeostasis: la conversión de los aminoácidos alanina, glicina y aspartato en metabolitos del CRAT y viceversa. Es decir, no sólo se propone un mecanismo viable para la formación de aminoácidos, también una forma primitiva de regulación de un primer metabolismo.

Los resultados son muy interesantes en sí mismos, pero no son concluyentes, principalmente por los bajos rendimientos de las reacciones. Es una línea de investigación que hay que seguir y que puede dar frutos muy interesantes. Los investigadores apuntan a que emplearán trazas de metales de transición para poder usar radiaciones menos energéticas, como la luz visible. Estaremos atentos.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la IX Edición del Carnaval de Biología que organiza La ciencia de la vida y en la XI Edición del Carnaval de Química que acoge La aventura de la ciencia

Referencia:

Wang, W., Li, Q., Yang, B., Liu, X., Yang, Y., & Su, W. (2012). Photocatalytic reversible amination of α-keto acids on a ZnS surface: implications for the prebiotic metabolism Chemical Communications DOI: 10.1039/C2CC15665B