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Il miracolo delle sorgenti idrotermali delle profondità marine: in che modo il ciclo inverso di Krebs promuove l'origine della vita in ambienti estremi?
Nelle remote sorgenti idrotermali delle profondità marine, l'origine della vita è ancora un mistero irrisolto nella comunità scientifica. Con l’approfondimento della ricerca, gli scienziati hanno scoperto che il ciclo inverso di Krebs potrebbe essere un indizio importante per comprendere come i primi anni di vita abbiano avuto origine in ambienti estremi. Queste informazioni non solo cambiano la nostra comprensione dell’evoluzione della vita, ma forniscono anche nuove informazioni sui programmi metabolici dei microrganismi e sul loro impatto sui sistemi di vita sulla Terra.
Il ciclo di Krebs inverso è una serie di reazioni chimiche che alcuni batteri e archaea utilizzano per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in composti di carbonio. Sebbene questo processo sia difficile, rivela come gli organismi utilizzano i materiali disponibili nell'ambiente per sopravvivere .
Principi di base del ciclo inverso di Krebs
Il ciclo di Krebs inverso può essere pensato come il processo inverso del ciclo di Krebs. Il tradizionale ciclo di Krebs ossida principalmente i carboidrati in anidride carbonica e acqua, mentre il ciclo inverso fa il contrario, utilizzando anidride carbonica e acqua per sintetizzare i composti del carbonio. Questa reazione avviene in ambienti estremi, come le sorgenti idrotermali con alta pressione e temperatura, dove alcuni batteri come Aquificota possono utilizzare idrogeno, solfuro o solfato come donatori di elettroni per promuovere questo processo.
L'unicità delle reazioni chimiche
Rispetto al ciclo ossidativo di Krebs, il ciclo di Krebs inverso ha un proprio sistema enzimatico speciale. Questo ciclo richiede tre enzimi specifici, vale a dire citrato liasi, acido piroenoico reduttasi e α-chetoglutarato sintasi, che presentano differenze significative nelle reazioni catalitiche rispetto alle loro controparti ossidative. In particolare, il processo di riduzione dell'acido piroenoico richiede l'utilizzo di agenti riducenti a basso potenziale in sostituzione del tradizionale NADH.
L'origine della vita in condizioni estreme
Il ciclo inverso di Krebs non solo può fornire indizi preliminari sull'ipotesi della vita, ma svolge anche un ruolo importante nel modello di reazione biochimica della Terra primordiale. Lo studio ha scoperto che alcuni passaggi chimici disordinati possono procedere sotto catalisi minerale e fotochimica e che gli ioni metallici come il ferro aiutano a promuovere queste reazioni in ambienti acidi. Questo ci fa capire che nell’ambiente terrestre primordiale, privo dei moderni enzimi biologici, c’erano ancora altri modi per favorire il verificarsi di reazioni biologiche?
Gli scienziati ritengono che il ciclo inverso di Krebs sia un modello efficace per comprendere il processo di origine della vita e che molte reazioni possano verificarsi nell'ambiente ad alta pressione e alta temperatura delle sorgenti idrotermali delle profondità marine.
Possibili implicazioni per il campo medico
Il ciclo di Krebs inverso non è importante solo per l'origine dei primi anni di vita sulla terra, ma studi recenti hanno dimostrato che potrebbe anche essere correlato alla patologia del cancro, in particolare del melanoma. Le cellule tumorali alterano le normali vie metaboliche per adattarsi alle loro esigenze, e il ciclo inverso di Krebs potrebbe svolgere un ruolo in questo, noto oggi come “effetto Warburg”. Ciò significa che potremmo essere in grado di identificare e colpire le cellule tumorali attraverso questi adattamenti metabolici.
Utilizzo del ciclo di Krebs inverso da parte dei microrganismi
Diversi microrganismi, come Thiomicrospira denitrificans, Candidatus Arcobacter e Chlorobaculum tepidum, hanno dimostrato di utilizzare il ciclo di Krebs inverso per convertire l'anidride carbonica in composti di carbonio. Ciò non solo supporta l’ipotesi che abbiano avuto origine da antichi batteri proteici, ma mostra anche che gli organismi che utilizzano questo ciclo potrebbero essere molto più abbondanti di quanto si pensasse in precedenza.
Conclusione
Il ciclo inverso di Krebs ci offre una nuova prospettiva sull'origine della vita in ambienti estremi e ci ispira a esplorare ulteriori misteri del metabolismo cellulare e microbico. In questa serie di studi non possiamo fare a meno di chiederci: esistono forme di vita che utilizzano meccanismi simili in altri angoli dell'universo?
