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Un equipo internacional de investigación ha publicado un estudio innovador en Science Advances que ofrece nuevas perspectivas sobre una de las preguntas más fundamentales de la ciencia: cómo se originó el metabolismo que dio lugar a la vida en la Tierra.
El metabolismo moderno, tal y como lo conocemos, depende de las enzimas, moléculas biológicas que actúan como catalizadores para acelerar las reacciones químicas en los organismos vivos.
Esto incluye, de manera crucial, la fosforilación, es decir, la transferencia de grupos fosfato impulsada por enzimas que sustenta el metabolismo energético celular y muchas de las reacciones bioquímicas necesarias para la vida.
Sin embargo, esto plantea un desafío fundamental para los investigadores: si las enzimas son esenciales para el metabolismo, ¿cómo pudo surgir el metabolismo antes de que existieran las enzimas?
La nueva investigación, liderada por el Prof. William Martin, del Instituto de Evolución Molecular de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (Alemania), proporciona una posible respuesta. En ella, los investigadores demostraron que los catalizadores metálicos pueden impulsar varias reacciones de fosforilación en agua a temperaturas cercanas a los 50 °C, unas condiciones compatibles con entornos hidrotermales.
Lo más importante es que estas reacciones tuvieron lugar sin la intervención de enzimas, lo que demuestra que los metales por sí solos pueden facilitar un proceso considerado central para el metabolismo moderno.
"El aspecto clave de este estudio es que muestra cómo los metales, por sí solos, pueden catalizar diversas reacciones de fosforilación sin la participación de enzimas y bajo condiciones muy suaves", explicó el Prof. Harun Tüysüz, investigador principal de IMDEA Materiales y coautor de la publicación.
El Prof. Tüysüz fue uno de los cuatro investigadores principales involucrados en el trabajo, junto con el autor principal, el Prof. Martin, el Prof. Mirko Basen, de la Universidad de Rostock, y el Prof. Joseph Moran, de la Universidad de Ottawa.
"Este es el tipo de reacción que hoy en día realizan las enzimas dentro de los organismos vivos. Demostrar que los catalizadores metálicos pueden sustituir eficazmente la función de varias enzimas en este proceso supone un cambio de paradigma", añadió el profesor Tüysüz. "Este trabajo va a cambiar los libros de texto en el futuro".
La investigación se suma al creciente conjunto de evidencias que sugieren que los sistemas hidrotermales pudieron proporcionar condiciones favorables para el surgimiento de la vida. Uno de los hallazgos más significativos del estudio se refiere al fosfito (H₂PO₃⁻; P⁺³), un compuesto que contiene fósforo y que puede generarse en entornos hidrotermales.
Los investigadores demostraron experimentalmente que, en presencia de catalizadores metálicos como el paladio y el níquel, el fosfito puede participar en reacciones de fosforilación en agua.
Estas reacciones generan compuestos fosforilados con relevancia energética para la bioquímica moderna, lo que ayuda a explicar cómo algunos de los procesos fundamentales que sustentan la vida actual pudieron haberse originado en sistemas puramente químicos.
Estudios anteriores realizados por los investigadores involucrados ya habían demostrado que moléculas simples, como el dióxido de carbono y el hidrógeno, pueden transformarse en compuestos orgánicos cada vez más complejos bajo condiciones hidrotermales. El nuevo trabajo añade otra pieza clave al rompecabezas al demostrar que los metales también pueden favorecer la fosforilación, abriendo nuevas perspectivas sobre el origen del metabolismo energético.
Este último estudio se centró en catalizadores metálicos que contienen paladio, los cuales demostraron ser especialmente eficaces. Aunque la razón exacta de este rendimiento requiere investigación adicional, los resultados sugieren que los catalizadores metálicos presentes de forma natural podrían haber desempeñado un papel análogo al de las enzimas y cofactores modernos.
Al combinar los resultados experimentales con un análisis de cientos de enzimas implicadas en el metabolismo central de bacterias y arqueas, los investigadores concluyeron que el metabolismo del Último Ancestro Común Universal (LUCA, por sus siglas en inglés) todavía estaba incompleto y dependía de catalizadores geoquímicos disponibles en su entorno.
Los resultados sugieren que muchas rutas metabólicas continuaron evolucionando de manera independiente en los linajes bacterianos y arqueanos después de divergir de su ancestro común, sustituyendo gradualmente los catalizadores ambientales por cofactores y enzimas.
Es importante destacar que el profesor Tüysüz subrayó que el estudio no proporciona una explicación definitiva sobre el origen de la vida. Más bien, aporta evidencia experimental que respalda un escenario plausible.
"Nadie sabe exactamente qué condiciones existían hace cuatro mil millones de años", concluyó. "Lo que la ciencia puede hacer es poner a prueba escenarios plausibles y descubrir nuevas posibilidades. No afirmamos haber resuelto el misterio del origen de la vida. Más bien, nuestros hallazgos ofrecen una nueva perspectiva sobre cómo pudo surgir por primera vez el metabolismo energético, una de las características fundamentales de la vida".
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