열수 환경에서 인산화 대사의 기원

인산은 현대 생체 에너지학과 생명 기원 이론의 핵심 요소이지만, 인산이 대사에 어떻게 편입되었는지는 미스터리입니다. 미생물 생리와 지구화학적 환경은 이 질문에 중요한 단서를 제공할 수 있습니다. 일부 박테리아는 사문암화 열수 시스템에서 자연적으로 발생하는 아인산(HPO₃²⁻)으로부터 전자와 에너지를 얻습니다. 아인산은 인산(HPO₄²⁻)의 환원된 형태입니다. 본 연구는 사문암화 열수 시스템에서 자연적으로 침전되는 불용성 고체 촉매인 천연 팔라듐(Pd⁰)이 25~100°C 수용액에서 아인산의 인산 및 수소 산화를 촉매함을 보여줍니다. 이 반응은 매우 발열적입니다. 사문암화 열수 분출구에서 흔히 발견되는 Pd⁰ 형태인 팔라듐 아와루아이트(PdₓNi₃Fe) 또한 아인산 의존성 인산화를 촉매합니다. Pd⁰ 상에서 아인산 산화는 반응성이 높지만 아직 미확인된 화학적 중간체(아마도 메타인산, [PO₃]⁻)를 생성하며, 이는 25~100°C에서 2~72시간 내에 글리세롤, 리보스, 포도당, 세린, 시티딘의 하이드록실기를 쉽게 인산화합니다. 동일한 조건에서 피로인산, 폴리인산, ADP의 인산무수물 결합, 포스포크레아틴의 인산아미드 결합, 아세틸 인산의 아실 인산 결합도 생성됩니다. 아세틸 인산은 25°C에서 밤새 8%의 수율로 얻어졌습니다. 이 반응들은 황 없이 진행되므로 티오에스터 또는 금속 황화물 중간체를 배제합니다. 사문암화 열수 분출구 조건에서 아인산 의존성 인산화는 용이하게 일어납니다. 이는 생명 이전 인산화의 자연적, 지구화학적 원천과 대사 에너지의 새로운 기원 원천을 밝혀냅니다. 생체 에너지학, 대사 및 핵산에서 인산의 중심 역할은 대사(및 생명)가 발생한 환경에서 인의 금속 촉매, 산화환원 화학을 반영할 수 있습니다.