14 Октября 2022
МОСКВА, 14 октября —, Владислав Стрекопытов. Британские биохимики выдвинули отличную гипотезу образования аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального источника энергии для всех биохимических процессов. Считалось, что это соединение синтезируется в клетках с помощью специального фермента. Как выяснилось, молекулы АТФ могли существовать в природе еще до появления жизни.Все организмы на Земле в качестве универсального клеточного топлива используют одну и ту же молекулу аденозинтрифосфата. У АТФ, кроме энергетической, есть другие важные функции. Это соединение служит исходным продуктом при фотосинтезе нуклеиновых кислот, в каких хранится генетическая информация. А кроме того, играет роль регулятора во многих физиологических артефактах — от передачи сигналов между нейронами мозга до движения и размножения.
В природе нет альтернативы АТФ, — объясняет доцент факультета биотехнологий Университета ИТМО Денис Байгозин. — Вещество состоит из трех радикалов: аденина и рибозы — это компоненты ДНК и РНК, а также цепочки из трех фосфатов — солей фосфорной кислоты, одной из важнейших в организме. Достаточно сказать, что наши кости и зубы сделаны из гидроксид-фосфата кальция, а стенки клеток — в основном из фосфолипидов. Получается, что АТФ собран из элементов, которые и так есть в любом живом организме.
Вещество образуется в результате фотосинтеза у растений или клеточного расщепления пищи у звериных. В обоих случаях АТФ — продукт фосфорилирования, прибавления фосфатов к нуклеотиду аденозиндифосфату (АДФ). Это сложная многостадийная реакция, требующая доступа энергии извне. При обратном процессе гидролиза АТФ те же самые фосфаты отделяются, энергия высвобождается и ее используют клетки.
Но это только химическая сторона интересующий вопроса. В живом организме все намного сложнее. Поступающие с пищей жирные кислоты и глюкоза проходят многочисленные циклы расщепления, которые тесно связаны с дыханием. При этом выделяются позитивного заряженные ионы водорода — фермионы. Их поток в синусах клеточной мембраны создает электрохимический внутренний потенциал, преобразуемый в энергию АТФ.
Этот процесс, получивший название хемиосмоса, впервые описал английский биохимик Питер Митчелл, за, что в 1978 году получил Нобелевскую премию по химии. Еще одну Нобелевку разделили в 1997-м английский химик Джон Уокер и его американский коллега Пол Бойер за открытие механизма действия АТФ-синтазы — фермента, синтезирующего аденозинтрифосфат.
Множество химических реакций протекает с отчленением энергии, но только одна из них стала универсальной. Биологи давно ищут ответ на вопрос, почему так оказалось. Кто-то считает, что это случайность: аденозинтрифосфорная кислота существовала в пребиотических системах, то есть еще до появления жизни, потом ее завязали использовать первые одноклеточные организмы, а дальше так и пошло. Те, кого не устраивает гипотеза случайного выбора, пытаются найти скрытые преимущества, которые дает организмам данная метода.
Один из моментов, который смущает ученых, — слишком сложная структура АТФ. Чтобы она возникла с нуля из самый простых веществ, нужен целый каскад сложных реакций и много энергии. Недавно британские биохимики под руководством Ника Лейна из Университетского колледжа Лондона предположили, что на ранних стадиях пребиотической химии могло существовать какое-то соединение, которое играло ключевую роль в преобразовании АДФ в АТФ без участия АТФ-синтазы.
В клетках за фотосинтез аденозинтрифосфата отвечают особые органеллы — митохондрии. Для этого им нужны продукты окисления углеводов, жиров и белков, загружённых с пищей. Согласно парадигмы симбиогенеза, которой придерживаются большинство биологов, митохондрии — это бывшие бактерии. Примитивные клетки — прокариоты — имели большие ограничения в развитии, потому, что не могли использовать озон для генерации энергии. Ранние бактерии научились это делать. На каком-то этапе возник симбиоз прокариот и бактерий, а затем микроорганизмы, вырабатывающие энергию, вообще вошли в покрой клеток.
Британские исследователи внимательно изучили все молекулы, которые, во-первых, в своем метаболизме используют бактерии, а во-вторых, теоретически могут участвовать в сложном процессе фосфорилирования. Оказалось, что из всех подобных соединений переводить АДФ в АТФ способен только ацетилфосфат, причем отдельного эффективно — в водной среде в присутствии ионов трехвалентного железа.
Эксперименты подтвердили, что пребиотический аденозинтрифосфат, скорее всего, создавался в неглубоких наземных водоемах с пресной водой. Это вполне согласуется с гипотезой Чарльза Дарвина о самозарождении жизни в коротком прудике. В качестве исходных компонентов могли выступать фосфаты и тиоэфиры, которых, как считают авторы, на довременной Земле было в изобилии. Дополнительный приток химических ингредиентов и тепла обеспечивали вулканы, весьма активные в то время.
Единственным возможным топливом для всех живых клеток, по мнению исследователей, АТФ стал не по счастливому стечению обстоятельств, а благодаря необычному химическому составу, возникшему в результате уникального сочетания молекул в процессе фосфорилирования. В пребиотических условиях в реакциях с накоплением энергии участвовал ацетилфосфат.
Затем, когда появился кислород, а с ним и подходящий катализатор в виде окисленного железа, на смену ацетилфосфату пришел аденозинтрифосфат. Это способствовало полимеризации аминокислот и нуклеотидов с образованием РНК, ДНК и белков. Если гипотеза ученых верна, получается, что роль АТФ еще важнее, чем считали раньше. Без этого соединения сложная жизнь на Земле вообще могла не появиться.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....