Путь Вуд-Люнгдал

Путь Вуда -Люнгдала представляет собой набор биохимических реакций, используемых некоторыми бактериями . Он также известен как восстановления ацетил-кофермента А ( ацетил-КоА ) путь . ^{[ 1 ]} Этот путь позволяет этим организмам использовать водород ( H ₂ ) как донор электронов и диоксид углерода (CO ₂ ) как акцептор электронов и как строительный блок для биосинтеза .

В этом пути диоксид углерода восстанавливается до монооксида углерода (CO) и муравьиной кислоты (HCOOH) или непосредственно до формильной группы (R-CH=O), формильная группа восстанавливается до метильной группы (-CH ₃ ), а затем объединяется. с окисью углерода и коферментом А с образованием ацетил-КоА. два специфических фермента На стороне монооксида углерода в этом пути участвуют : CO-дегидрогеназа и ацетил-КоА-синтаза . Первый катализирует восстановление . CO ₂ , а второй соединяет образовавшийся CO с метильной группой с образованием ацетил-КоА ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

Некоторые анаэробные бактерии используют обратный путь Вуда-Люнгдала для расщепления ацетата . Например, сульфатвосстанавливающие бактерии (SRB) полностью преобразуют ацетат в CO ₂ и H ₂ в сочетании с восстановлением сульфата до сульфида . ^{[ 3 ]} Действуя в обратном направлении, ацетил-КоА-синтазу иногда называют ацетил-КоА-декарбонилазой.

Не путать с путем Вуда-Люнгдала, эволюционно родственным, но биохимически отличным путем, называемым циклом Вульфа. ^{[ 4 ]} встречается исключительно у некоторых метаногенных архей, называемых метаногенами . ^{[ 5 ]} У этих анаэробных архей цикл Вульфа функционирует как метаногенеза путь для восстановления CO ₂ в метан ( CH ₄ ) с донорами электронов , такими как водород ( H ₂ ) и формиат (HCOO ^–). ^{[ 6 ]}

Эволюция

Значение для абиогенеза

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 уменьшить CO ₂ очень небольшое количество пирувата , при этом наблюдалось при использовании самородного железа (Fe ⁰, нульвалентное Fe ) в качестве восстановителя (< 30 мкМ), ^{[ 8 ]} и тем более в гидротермальных условиях с H ₂ (10 мкМ). ^{[ 9 ]} Джозеф Моран и его коллеги заявляют, что «было высказано предположение, что либо полная, либо «подковообразная» форма цикла r TCA могла когда-то быть объединена с путем ацетил-КоА в наследственной, 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-Люнгдала в гидротермальных условиях. ^{[ 10 ]} но более поздние работы оспаривают этот вывод, поскольку они утверждали, что в предыдущем исследовании «недостаточная выборка семейств белков, что привело к неполным филогенетическим деревьям , которые не отражают эволюцию семейства белков ». ^{[ 11 ]} Однако геологические данные и филогеномные реконструкции метаболической сети общих предков архей и бактерий подтверждают, что LUCA фиксирует CO ₂ и зависит от H ₂ . ^{[ 12 ]}^{[ 9 ]}

Исторические справки

Люнгдал Л.Г. (1969). «Тотальный синтез ацетата из CO ₂ гетеротрофными бактериями». Ежегодный обзор микробиологии . 23 (1): 515–38. дои : 10.1146/annurev.mi.23.100169.002503 . ПМИД 4899080 .
Люнгдал Л.Г. (1986). «Автотрофный путь синтеза ацетата у ацетогенных бактерий». Ежегодный обзор микробиологии . 40 (1): 415–50. дои : 10.1146/аннурев.микро.40.1.415 . ПМИД 3096193 .
Люнгдал Л.Г. (2009). «Жизнь с ацетогенами, термофилами и целлюлолитическими анаэробами» . Ежегодный обзор микробиологии . 63 (1): 1–25. дои : 10.1146/annurev.micro.091208.073617 . ПМИД 19575555 .

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Рэгсдейл Стивен В. (2006). «Металлы и их каркасы для стимулирования сложных ферментативных реакций». хим. Преподобный . 106 (8): 3317–3337. дои : 10.1021/cr0503153 . ПМИД 16895330 .
^ Пол А. Линдал «Никель-углеродные связи в ацетил-коферменте А-синтазах/дегидрогеназах монооксида углерода» Met. Ионы Life Sci. 2009, том 6, стр. 133–150. дои : 10.1039/9781847559159-00133
^ Спорманн, Альфред М.; Тауэр, Рудольф К. (1988). «Анаэробное окисление ацетата до CO ₂ с помощью Desulfotomaculum acetoxydans ». Архив микробиологии . 150 (4): 374–380. дои : 10.1007/BF00408310 . ISSN 0302-8933 . S2CID 2158253 .
^ Тауэр, Рудольф К. (2012). «Цикл Вульфа проходит полный круг» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (38): 15084–15085. дои : 10.1073/pnas.1213193109 . ПМЦ 3458314 . ПМИД 22955879 .
^ Мачиавелли, Н.; Эльгешлагер, Э.; Коккьяраро, Б.; Финке, Дж.; Ротер, М. (2012). «Функция и регуляция изоформ дегидрогеназы монооксида углерода/ацетил-КоА-синтазы у Methanosarcina acetivorans» . Журнал бактериологии . 194 (19): 5377–87. дои : 10.1128/JB.00881-12 . ПМЦ 3457241 . ПМИД 22865842 .
^ Лю, З.; Шао, Н.; Акиниеми, Т.; Уитмен, ВБ. (2018). «Метаногенез» . Современная биология . 28 (13): Р727–Р732. дои : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . ПМИД 29990451 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Рассел, MJ; Мартин, В. (2004). «Каменные корни пути ацетил-КоА» . Тенденции биохимических наук . 29 (7): 358–363. дои : 10.1016/j.tibs.2004.05.007 . ISSN 0968-0004 . ПМИД 15236743 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Варма, Шриджит Дж.; Муховска, Камила Б.; Шатлен, Поль; Моран, Джозеф (23 апреля 2018 г.). «Нативное железо восстанавливает CO ₂ до промежуточных и конечных продуктов пути ацетил-КоА» . Экология и эволюция природы . 2 (6): 1019–1024. дои : 10.1038/s41559-018-0542-2 . ISSN 2397-334X . ПМК 5969571 . ПМИД 29686234 .
^ Перейти обратно: ^а ^б 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 2397-334X . ПМИД 32123322 . S2CID 211729738 .
^ МК Вайс; и др. (2016). «Физиология и среда обитания последнего всеобщего общего предка». Природная микробиология . 1 (16116): 16116. doi : 10.1038/nmicrobiol.2016.116 . ПМИД 27562259 . S2CID 2997255 .
^ С. Дж. Беркемер; и др. (2021). «Новый анализ разделения доменов архей и бактерий: переменное филогенетическое расстояние и темп ранней эволюции» . Молекулярная биология и эволюция . 37 (8): 2332–2340. дои : 10.1093/molbev/msaa089 . ПМЦ 7403611 . ПМИД 32316034 .
^ Ксавье, Джоана С.; Герхардс, Ребекка Э.; Уиммер, Джессика Л.Е.; Брюкнер, Джулия; Триа, Фернандо Д.К.; Мартин, Уильям Ф. (26 марта 2021 г.). «Метаболическая сеть последнего общего предка бактерий» . Коммуникационная биология . 4 (1): 413. дои : 10.1038/s42003-021-01918-4 . ISSN 2399-3642 . ПМЦ 7997952 . ПМИД 33772086 .

Дальнейшее чтение

Вуд Х.Г. (февраль 1991 г.). «Жизнь с CO или CO ₂ и H ₂ как источник углерода и энергии» . ФАСЕБ Дж . 5 (2): 156–63. дои : 10.1096/fasebj.5.2.1900793 . ПМИД 1900793 . S2CID 45967404 .
Дикерт Г., Вольфарт Г. (1994). «Метаболизм гомоацетогенов». Антони ван Левенгук . 66 (1–3): 209–21. дои : 10.1007/BF00871640 . ПМИД 7747932 . S2CID 7473300 .

[Rags-1] Перейти обратно: ^а ^б Рэгсдейл Стивен В. (2006). «Металлы и их каркасы для стимулирования сложных ферментативных реакций». хим. Преподобный . 106 (8): 3317–3337. дои : 10.1021/cr0503153 . ПМИД 16895330 .

[2] Пол А. Линдал «Никель-углеродные связи в ацетил-коферменте А-синтазах/дегидрогеназах монооксида углерода» Met. Ионы Life Sci. 2009, том 6, стр. 133–150. дои : 10.1039/9781847559159-00133

[3] Спорманн, Альфред М.; Тауэр, Рудольф К. (1988). «Анаэробное окисление ацетата до CO ₂ с помощью Desulfotomaculum acetoxydans ». Архив микробиологии . 150 (4): 374–380. дои : 10.1007/BF00408310 . ISSN 0302-8933 . S2CID 2158253 .

[4] Тауэр, Рудольф К. (2012). «Цикл Вульфа проходит полный круг» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (38): 15084–15085. дои : 10.1073/pnas.1213193109 . ПМЦ 3458314 . ПМИД 22955879 .

[5] Мачиавелли, Н.; Эльгешлагер, Э.; Коккьяраро, Б.; Финке, Дж.; Ротер, М. (2012). «Функция и регуляция изоформ дегидрогеназы монооксида углерода/ацетил-КоА-синтазы у Methanosarcina acetivorans» . Журнал бактериологии . 194 (19): 5377–87. дои : 10.1128/JB.00881-12 . ПМЦ 3457241 . ПМИД 22865842 .

[6] Лю, З.; Шао, Н.; Акиниеми, Т.; Уитмен, ВБ. (2018). «Метаногенез» . Современная биология . 28 (13): Р727–Р732. дои : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . ПМИД 29990451 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[7] Рассел, MJ; Мартин, В. (2004). «Каменные корни пути ацетил-КоА» . Тенденции биохимических наук . 29 (7): 358–363. дои : 10.1016/j.tibs.2004.05.007 . ISSN 0968-0004 . ПМИД 15236743 .

[:1-8] Перейти обратно: ^а ^б Варма, Шриджит Дж.; Муховска, Камила Б.; Шатлен, Поль; Моран, Джозеф (23 апреля 2018 г.). «Нативное железо восстанавливает CO ₂ до промежуточных и конечных продуктов пути ацетил-КоА» . Экология и эволюция природы . 2 (6): 1019–1024. дои : 10.1038/s41559-018-0542-2 . ISSN 2397-334X . ПМК 5969571 . ПМИД 29686234 .

[:0-9] Перейти обратно: ^а ^б 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 2397-334X . ПМИД 32123322 . S2CID 211729738 .

[10] МК Вайс; и др. (2016). «Физиология и среда обитания последнего всеобщего общего предка». Природная микробиология . 1 (16116): 16116. doi : 10.1038/nmicrobiol.2016.116 . ПМИД 27562259 . S2CID 2997255 .

[11] С. Дж. Беркемер; и др. (2021). «Новый анализ разделения доменов архей и бактерий: переменное филогенетическое расстояние и темп ранней эволюции» . Молекулярная биология и эволюция . 37 (8): 2332–2340. дои : 10.1093/molbev/msaa089 . ПМЦ 7403611 . ПМИД 32316034 .

[12] Ксавье, Джоана С.; Герхардс, Ребекка Э.; Уиммер, Джессика Л.Е.; Брюкнер, Джулия; Триа, Фернандо Д.К.; Мартин, Уильям Ф. (26 марта 2021 г.). «Метаболическая сеть последнего общего предка бактерий» . Коммуникационная биология . 4 (1): 413. дои : 10.1038/s42003-021-01918-4 . ISSN 2399-3642 . ПМЦ 7997952 . ПМИД 33772086 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]