Oltre il brodo primordiale: come e dove nacque il metabolismo

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Un gruppo di ricercatori ha cercato di valutare le caratteristiche chimiche dei tioesteri, molecole al centro di alcune ipotesi sull’origine della vita e del metabolismo, in diversi contesti prebiotici, come ad esempio quello delle sorgenti idrotermali

Un articolo pubblicato sulla rivista Scientific Reports ridimensiona il contributo dei tioesteri, molecole al centro di accreditate ipotesi sull’origine della vita, alla nascita del metabolismo.

La loro diffusa partecipazione al metabolismo cellulare, oltre al ruolo che ricoprono nelle reazioni biochimiche, hanno spinto ad ipotizzare che queste molecole organiche contenenti zolfo possano aver coordinato un metabolismo primitivo, un “mondo a tioesteri” nel quale questi composti sostenevano persino la sintesi di peptidi, e che avrebbe preceduto il più noto “mondo a RNA”.

Qualunque fosse la sua natura, è probabile che il protometabolismo, questo insieme di reazioni chimiche che in ambiente prebiotico prefiguravano un vero e proprio metabolismo, sia stato successivamente assorbito come parte integrante di quello cellulare, o almeno alcuni suoi elementi.

La grande quantità di energia che deriva dall’idrolisi dei tioesteri ha alimentato l’ipotesi che questi composti possano essere stati degli equivalenti dell’acetil-Coenzima A (anch’esso un tioestere), la molecola che, legandosi ai prodotti della glicolisi, fornisce loro il surplus di energia necessario per attivarli e farli entrare nel ciclo di Krebs. Quindi, dato il ruolo centrale dell’acetil-CoA in questa e in altre vie metaboliche, è possibile che i tioesteri abbiano rappresentato dei trasportatori molecolari di energia primordiali, in grado di consentire reazioni chimiche altrimenti energeticamente sfavorite in condizioni prebiotiche.

Nonostante ciò, tuttora non sappiamo dove e in quali ambienti potrebbe essere nato questo “mondo a tioesteri”. Data l’importante fonte di zolfo costituita dalle sorgenti idrotermali, e la presenza negli organismi adattati a questi habitat di antiche vie biosintetiche, è stato proposto che tali sorgenti abbiano avuto un ruolo chiave nella produzione di tioesteri.

Questo studio, però, mette in dubbio questa associazione e più in generale il contributo dei tioesteri all’origine della vita. Dalle analisi effettuate, sembra infatti improbabile che questi composti possano essersi accumulati in quantità tali da giustificare un ruolo di rilievo in un metabolismo primitivo, a causa del loro comportamento chimico, soprattutto in prossimità delle condizioni ambientali tipiche delle sorgenti idrotermali, dove i tioesteri sembrerebbero particolarmente instabili.

In altre parole, se anche i tioesteri avessero svolto un ruolo di primo piano nella transizione da chimica prebiotica a metabolismo, sarebbe necessario ricercare altre plausibili fonti ambientali di tioesteri e, forse, un’altra culla per la vita. Non è però da escludere che le ridotte quantità di tioesteri utilizzabili prodotti dalle sorgenti sottomarine possano essere state concentrate per evaporazione una volta raggiunta la superficie.

Quindi, benché i tioesteri siano implicati in numerose ipotesi riguardo l’origine della vita legate alle sorgenti idrotermali, questi composti sembrano piuttosto instabili e poco reattivi proprio in condizioni tipiche di quegli ambienti sottomarini. In definitiva, è possibile che le condizioni necessarie alla comparsa della vita siano state ancora più peculiari e restrittive di quanto abbiamo pensato finora.


Riferimenti:
Chandru K, Gilbert A, Butch C, Aono M, Cleaves HJ.The Abiotic Chemistry of Thiolated Acetate Derivatives and the Origin of Life. Scientific Reports. 2016;6: 29883. doi: 10.1038/srep29883

Immagine: By NOAA [Public domain], via Wikimedia Commons