stringtranslate.com

Тропа Вуда–Льюнгдаля

Восстановительный путь ацетил-КоА

Путь Вуда-Льюнгдаля представляет собой набор биохимических реакций, используемых некоторыми бактериями . Он также известен как восстановительный путь ацетил-кофермента А ( ацетил-КоА ) . [1] Этот путь позволяет этим организмам использовать водород ( H2 ) в качестве донора электронов и диоксид углерода (CO2 ) в качестве акцептора электронов и в качестве строительного блока для биосинтеза .

В этом пути углекислый газ восстанавливается до оксида углерода (CO) и муравьиной кислоты (HCOOH) или непосредственно до формильной группы (R−CH=O), формильная группа восстанавливается до метильной группы (−CH 3 ), а затем соединяется с оксидом углерода и коферментом A для получения ацетил-КоА. На стороне оксида углерода пути участвуют два специфических фермента : дегидрогеназа CO и синтаза ацетил-КоА . Первый катализирует восстановление CO 2 , а последний соединяет полученный CO с метильной группой для получения ацетил-КоА. [1] [2]

Некоторые анаэробные бактерии используют путь Вуда-Люнгдаля в обратном направлении для расщепления ацетата . Например, сульфатредуцирующие бактерии (SRB) полностью преобразуют ацетат в CO2 и H2 в сочетании с восстановлением сульфата до сульфида . [3] При работе в обратном направлении ацетил-КоА-синтаза иногда называется ацетил-КоА-декарбонилазой.

Не путать с путем Вуда-Льюнгдаля, эволюционно связанным, но биохимически отличным путем, называемым циклом Вульфа [4], который встречается исключительно в некоторых метаногенных археях , называемых метаногенами . [5] В этих анаэробных археях цикл Вульфа функционирует как путь метаногенеза для восстановления CO2 до метана ( CH4 ) с донорами электронов, такими как водород ( H2 ) и формиат (HCOO– ) . [6]

Эволюция

Соответствие абиогенезу

Было высказано предположение, что восстановительный путь ацетил-КоА мог начаться в глубоководных щелочных гидротермальных источниках , где сульфиды металлов и переходные металлы катализируют пребиотические реакции восстановительного пути ацетил-КоА. [7] Недавние эксперименты пытались воспроизвести этот путь, пытаясь восстановить CO2 , при этом было обнаружено очень мало пирувата с использованием нативного железа (Fe0 , нульвалентное Fe ) в качестве восстановителя (<30 мкМ), [8] и еще меньше в гидротермальных условиях с H2 ( 10 мкМ). [9] Джозеф Моран и коллеги утверждают, что «было высказано предположение, что либо полная, либо «подковообразная» форма цикла r TCA могли когда-то быть объединены с путем ацетил-КоА в предковой, возможно, пребиотической, сети фиксации углерода ». [8]

Последний универсальный общий предок

Исследование геномов ряда бактерий и архей, проведенное в 2016 году, показало, что последний универсальный общий предок (LUCA) всех клеток использовал древний путь Вуда-Льюнгдаля в гидротермальной обстановке [10] , но более поздние работы ставят под сомнение этот вывод, поскольку они утверждают, что предыдущее исследование «недостаточно полно отобрало семейства белков, что привело к неполным филогенетическим деревьям , которые не отражают эволюцию семейств белков ». [11] Однако геологические свидетельства и филогеномные реконструкции метаболической сети общих предков архей и бактерий подтверждают, что LUCA фиксировал CO2 и полагался на H2 . [ 12] [9]

Исторические справки

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Ragsdale Stephen W (2006). «Металлы и их каркасы для содействия сложным ферментативным реакциям». Chem. Rev. 106 ( 8): 3317–3337. doi :10.1021/cr0503153. PMID  16895330.
  2. ^ Пол А. Линдаль «Связи никель-углерод в ацетил-кофермент А-синтазах/дегидрогеназах оксида углерода» Met. Ions Life Sci. 2009, том 6, стр. 133–150. doi :10.1039/9781847559159-00133
  3. ^ Spormann, Alfred M.; Thauer, Rudolf K. (1988). «Анаэробное окисление ацетата до CO2 с помощью Desulfotomaculum acetoxidans ». Архив микробиологии . 150 (4): 374–380. doi :10.1007/BF00408310. ISSN  0302-8933. S2CID  2158253.
  4. ^ Тауэр, Рудольф К. (2012). «Цикл Вульфа замыкает круг». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (38): 15084–15085. doi : 10.1073/pnas.1213193109 . PMC 3458314. PMID  22955879 . 
  5. ^ Matschiavelli, N.; Oelgeschlager, E.; Cocchiararo, B.; Finke, J.; Rother, M. (2012). «Функция и регуляция изоформ дегидрогеназы оксида углерода/ацетил-КоА-синтазы в Methanosarcina acetivorans». Журнал бактериологии . 194 (19): 5377–87. doi :10.1128/JB.00881-12. PMC 3457241. PMID  22865842 . 
  6. ^ Лю, З.; Шао, Н.; Акиниеми, Т.; Уитман, У. Б. (2018). «Метаногенез». Current Biology . 28 (13): R727–R732. doi : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . PMID  29990451.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ Рассел, М.Дж.; Мартин, В. (2004). «Скалистые корни пути ацетил-КоА». Тенденции в биохимических науках . 29 (7): 358–363. doi :10.1016/j.tibs.2004.05.007. ISSN  0968-0004. PMID  15236743.
  8. ^ ab Varma, Sreejith J.; Muchowska, Kamila B.; Chatelain, Paul; Moran, Joseph (2018-04-23). ​​«Самородное железо восстанавливает CO2 до промежуточных и конечных продуктов пути ацетил-КоА». Nature Ecology & Evolution . 2 (6): 1019–1024. doi :10.1038/s41559-018-0542-2. ISSN  2397-334X. PMC 5969571 . PMID  29686234. 
  9. ^ аб Прейнер, Мартина; Игараси, Кенсуке; Муховска, Камила Б.; Ю, Минцюань; Варма, Шриджит Дж.; Кляйнерманнс, Карл; Нобу, Масару К.; Камагата, Ёичи; Тюйсуз, Харун; Моран, Джозеф; Мартин, Уильям Ф. (апрель 2020 г.). «Водородозависимый геохимический аналог первичного углерода и энергетического метаболизма» (PDF) . Экология и эволюция природы . 4 (4): 534–542. дои : 10.1038/s41559-020-1125-6. ISSN  2397-334Х. PMID  32123322. S2CID  211729738.
  10. ^ MC Weiss; et al. (2016). «Физиология и среда обитания последнего универсального общего предка». Nature Microbiology . 1 (16116): 16116. doi :10.1038/nmicrobiol.2016.116. PMID  27562259. S2CID  2997255.
  11. ^ SJ Berkemer; et al. (2021). «Новый анализ разделения доменов архей и бактерий: переменное филогенетическое расстояние и темп ранней эволюции». Молекулярная биология и эволюция . 37 (8): 2332–2340. doi :10.1093/molbev/msaa089. PMC 7403611. PMID  32316034 . 
  12. ^ Xavier, Joana C.; Gerhards, Rebecca E.; Wimmer, Jessica LE; Brueckner, Julia; Tria, Fernando DK; Martin, William F. (2021-03-26). "Метаболическая сеть последнего общего предка бактерий". Communications Biology . 4 (1): 413. doi :10.1038/s42003-021-01918-4. ISSN  2399-3642. PMC 7997952. PMID 33772086  . 

Дальнейшее чтение