El metabolismo representa un proceso global a través del cual todos los sistemas vivos adquieren y utilizan energía para realizar sus diferentes funciones. Este proceso se realiza acoplando las reacciones exergónicas (reacción química que libera energía en forma de calor) de oxidación de nutrientes a los procesos endergónicos (reacción química que requiere energía) necesarios para mantener el estado vital de la células, tales como el trabajo mecánico, el transporte activo y la biosíntesis de moléculas.
En este sentido, el metabolismo es considerado como uno de los procesos biológicos más antiguos, el cual pudo haber evolucionado como consecuencia de las presiones ocasionadas por el agotamiento de factores vitales en la sopa primitiva, referida en la mayormente aceptada teoría heterotrófica del origen de la vida.
En este contexto, en el grupo de trabajo nos hemos interesado en estudiar el metabolismo de los nucleótidos. Cabe mencionar que los nucleótidos son moléculas fundamentales para todos los sistemas biológicos, debido a su papel esencial en la transferencia de información genética (son los componentes básicos del ácido desoxirribonucleico o ADN y del ácido ribonucleico o ARN) y de energía (Adenosín trifosfato o ATP y guanosín trifosfato o GTP), los cuales a su vez sugieren su posible presencia en el último ancestro común (LCA) de todos los organismos, Bacterias, Arqueas y Eucariotes.
En este contexto, la elucidación de la contribución del origen y diversificación de las rutas de novo y salvamento del metabolismo de nucleótidos en la evolución de los organismos nos permite comprender los vínculos entre los pasos enzimáticos asociados al LCA y el surgimiento de las primeras vías metabólicas. En nuestro grupo de trabajo, utilizamos un enfoque de genómica comparativa para evaluar la distribución taxonómica de todas las enzimas asociadas al metabolismo de nucleótidos en 1606 organismos con información de su genoma completo.
A partir de este análisis, se identificaron aquellas enzimas ampliamente distribuidas en los tres dominios celulares pudieron haber estado presentes en el último ancestro común de todos los organismos conocidos a la fecha. Alternativamente, la presencia de enzimas asociados específicamente a diversos organismos o bien a dominios celulares específicos sugiere ser el resultado de adaptaciones de los organismos a ambientes y estilos de vida particulares o novedades metabólicas que favorecen la selección de estos organismos.
En particular, cuando analizamos los segmentos de las rutas de salvamento y de biosintesís de novo, identificamos que dichas rutas fueron probablemente complementarias en la LCA para la síntesis de purinas y pirimidinas. También se sugiere que una gran parte de la vía a inosina 5′- monofosfato (IMP) en el metabolismo de las purinas podría haber estado involucrada en la síntesis de tiamina o sus derivados en los primeros estadios de la evolución celular, correlacionando con el hecho de que estas moléculas pudieron haber desempeñado un papel activo en etapas muy tempranas de la vida, lo que denota la importancia de estudios exhaustivos posteriores.
Adicionalmente, encontramos una correlación de la enzima que cataliza uno de los pasos de oxidación en la biosíntesis de novo de la pirimidina o Dihidroorotato dehydrogenase (DHODS) en organismos uni-membrana y bi-membrana, lo que sugiere que su divergencia en distintas clases podría estar asociada a transiciones relacionadas con cambios en la membrana plasmática por lo que sería importante estudiar a profundidad los procesos que dieron lugar a las transformaciones de esta familia (Figura 1). Varias familias enzimáticas pertenecientes al metabolismo de nucleótidos utilizan moléculas derivadas del metabolismo de folato como precursores de reacción, lo que denota la relevancia de estudios evolutivos posteriores para este metabolismo.
Figura 1- En el lado A de la figura se observa la comparación de dos proteínas pertenecientes a las familias DHODS. La familia 1 se observa en purpura y la familia 2 se observa en verde donde destaca una extensión (hélice en verde presente en el N-terminal y ausente en la familia 1), la cual sirve como ancla en la membrana. En el lado B de la figura se observa la localización de las familias de proteínas en la membrana, la flecha en azul indica el periplasma, el semicírculo en negro indica el peptidoglicano, en bacterias gram-negativas se observa en semicírculo de color marrón la membrana externa donde se encuentra anclada la familia dos de DHODS.
