Servizio Comunitario di Informazione in materia di Ricerca e Sviluppo - CORDIS

L’evoluzione delle vie bioenergetiche nei procarioti

La notevole diversità delle vie metaboliche degli organismi procarioti ha consentito la loro esistenza in un ampio spettro di habitat, alcuni dei quali classificati come estremi. Alcuni procarioti utilizzano la luce o la materia organica per acquisire l’energia loro necessaria, mentre altri utilizzano il potenziale di ossido-riduzione di molecole provenienti dall’ambiente circostante e substrati minerali.
L’evoluzione delle vie bioenergetiche nei procarioti
Gli studi sull’evoluzione molecolare e i dati derivanti dalla storia geologica hanno rivelato che tali vie bioenergetiche si sono evolute nei primi miliardi di anni di vita sulla Terra. Anche se ogni via è stata studiata molto dettagliatamente in forma isolata, la ricerca si è poco occupata del modo con cui tale diversità metabolica si sia evoluta.

Ogni via si è evoluta in modo indipendente oppure tutte si sono evolute da un modello metabolico ancestrale comune? Sono state utilizzate vie preesistenti che si sono evolute in nuove vie?

Il progetto EBIODIP (The emergence of bioenergetic diversity in prokaryotes), finanziato dall’UE, ha testato tali ipotesi, tramite un’analisi comparativa di genomica e filogenetica dei complessi proteici centrali implicati nel metabolismo energetico.

La maggior parte delle vie bioenergetiche si basano su una catena di trasporto degli elettroni (ETC), composta di complessi proteici con funzione di donatori e accettori di elettroni, con un complesso del citocromo bc centrale e i trasportatori di elettroni tra loro, accanto a una ATP sintasi.

I diversi complessi proteici che fanno parte di ETC distinte sono stati quindi confrontati, mediante dati ricavati da 272 specie di batteri e archei interamente sequenziate. I ricercatori hanno analizzato l’evoluzione molecolare dell’ATP sintasi e dei complessi del citocromo bc centrali, per definire le eventuali caratteristiche derivate da un avo comune.

Dai risultati è emerso che le specie non raggrupparono insieme in base a una modalità bioenergetica. Inoltre, in molte linee evolutive dei batteri e degli archei sono stati rilevati diversi tipi di citocromo b, che formano gruppi distinti nell’analisi filogenetica.

Ciò indica un’origine antica per tale complesso e una diversificazione di diversi tipi di citocromo b prima della diversificazione delle linee evolutive. Inoltre, in alcuni casi sono emerse prove di un trasferimento genico orizzontale prolifico tra diverse specie di batteri e archei.

EBIODIP ha svelato l’evoluzione molecolare degli enzimi centrali (core enzyme) delle ETC. Ha anche suggerito una flessibilità di determinate parti del sistema (ad esempio l’ATP sintasi che può funzionare indipendentemente dal tipo di ETC), nonché casi di trasferimento genico, come per i citocromi b.

Anche se il quadro non è ancora completo, EBIODIP ha contribuito in modo molto rilevante a rispondere alla domanda sul modo con cui le vie metaboliche si sono evolute nella vita dei procarioti.

Informazioni correlate

Keywords

Vie bioenergetiche, procarioti, evoluzione molecolare, complessi proteici, catena di trasporto degli elettroni