Дерево -лджунгдахл путь
Путь Вуд -Лджунгдаль представляет собой набор биохимических реакций, используемых некоторыми бактериями . Он также известен как восстановительного ацетил-кофермента А ( ацетил-КоА ) путь . [ 1 ] Этот путь позволяет этим организмам использовать водород ( H 2 ) в качестве донора электронов и углекислый газ (CO 2 ) в качестве акцептора электронов и в качестве строительного блока для биосинтеза .
В этом пути углекислый газ снижается до моноксида углерода (CO) и муравьиной кислоты (HCOOH) или непосредственно в формальную группу (r -ch = o), формальная группа снижается до метильной группы (-Ch 3 ), а затем комбинируется с угарным газом и коферментом А для получения ацетил-КоА. Два специфических фермента участвуют на стороне окиси углерода пути: Co-дегидрогеназа и ацетил-КоА-синтаза . Первый катализирует восстановление , CO 2 а последний объединяет полученный CO с метильной группой с получением ацетил-КоА. [ 1 ] [ 2 ]
Некоторые анаэробные бактерии используют путь древесины -ljungdahl в обратном направлении, чтобы сломать ацетат . Например, сульфат-восстановительные бактерии (SRB) полностью превращают ацетат в CO 2 и H 2 в сочетании с восстановлением сульфата в сульфид . [ 3 ] При работе в обратном направлении ацетил-КоА-синтаза иногда называют ацетил-КоА декарбонилазой.
Не путать с путем Вуд-Лджунгдаль, эволюционно связанным, но биохимически отличным путем, названным циклом Вулфа [ 4 ] встречается исключительно в какой -то метаногенной археи, называемой метаногенами . [ 5 ] В этой анаэробной археи цикл Вулфа функционирует как метаногенеза путь , чтобы уменьшить CO 2 в метатан ( CH 4 ) с донорами электронов , такими как водород ( H 2 ) и формиат (HCOO – ). [ 6 ]
Эволюция
[ редактировать ]Актуальность к абиогенезу
[ редактировать ]Было высказано предположение, что восстановительный путь ацетил-КоА мог бы начаться в глубоководных щелочных гидротермальных вентиляционных отверстиях где сульфиды металлов и переходные металлы катализируют пребиотические , реакции ревративного пути ацетил-КоА. [ 7 ] Последние эксперименты попытались повторить этот путь, пытаясь уменьшить CO 2 , с очень небольшим пируватом, наблюдаемым с использованием нативного железа (FE 0 , нулевой Fe ) в качестве восстановительного агента (<30 мкм), [ 8 ] и еще меньше под гидротермальными настройками с H 2 (10 мкм). [ 9 ] Джозеф Моран и его коллеги утверждают, что «было предложено, чтобы либо полные, либо« подковы »формы цикла R TCA могли когда -то объединяться с путем ацетил -COA в наследственной, возможно, пребиотической сети, фиксации углерода ». [ 8 ]
Последний универсальный общий предок
[ редактировать ]В 2016 году исследование геномов набора бактерий и археи показало, что последним универсальным общим предком (LUCA) всех клеток использовал древний путь древесины -Лджунгдаль в гидротермальной обстановке, [ 10 ] Но более поздние работы бросают вызов этому выводу, поскольку они утверждали, что в предыдущем исследовании были «недостаточные семейства белков, что приводит 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 Лука фиксировала CO 2 и полагалась на H 2 . [ 12 ] [ 9 ]
Исторические ссылки
[ редактировать ]- Ljungdahl LG (1969). «Общий синтез ацетата из CO 2 с помощью гетеротрофных бактерий». Ежегодный обзор микробиологии . 23 (1): 515–38. doi : 10.1146/annurev.mi.23.100169.002503 . PMID 4899080 .
- Ljungdahl LG (1986). «Автотрофический путь синтеза ацетата в ацетогенных бактериях». Ежегодный обзор микробиологии . 40 (1): 415–50. doi : 10.1146/annurev.micro.40.1.415 . PMID 3096193 .
- Ljungdahl LG (2009). «Жизнь с ацетогенами, термофилами и целлюлолитическими анаээробами» . Ежегодный обзор микробиологии . 63 (1): 1–25. doi : 10.1146/annurev.micro.091208.073617 . PMID 19575555 .
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Рагсдейл Стивен В. (2006). «Металлы и их каркасы для содействия сложным ферментативным реакциям». Химический Преподобный 106 (8): 3317–3337. doi : 10.1021/cr0503153 . PMID 16895330 .
- ^ Пол А. Линдаль «Никель-углеродные связи в ацетил-коферменте А-синтазы/угарные газоксиддегидрогеназы». Ions Life Sci. 2009, том 6, с. 133–150. doi : 10.1039/9781847559159-00133
- ^ Spormann, Alfred M.; Тауэр, Рудольф К. (1988). «Анаэробное окисление ацетата до CO 2 с помощью Desulfotomaculum ацетоксиданов ». Архив микробиологии . 150 (4): 374–380. doi : 10.1007/bf00408310 . ISSN 0302-8933 . S2CID 2158253 .
- ^ Тауэр, Рудольф К. (2012). «Цикл Вулфа идет полный круг» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (38): 15084–15085. doi : 10.1073/pnas.1213193109 . PMC 3458314 . PMID 22955879 .
- ^ Matschiavelli, N.; Oelgeschlager, E.; Cocchiararo, B.; Finke, J.; Ротер, М. (2012). «Функция и регуляция изоформ угарной монооксиддегидрогеназы/ацетил-КоА-синтазы в метаносарцине ацетиворане» . Журнал бактериологии . 194 (19): 5377–87. doi : 10.1128/jb.00881-12 . PMC 3457241 . PMID 22865842 .
- ^ Lyu, Z.; Shao, n.; Akinyemi, T.; Уитмен, WB. (2018). «Метаногенез» . Текущая биология . 28 (13): R727 - R732. doi : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . PMID 29990451 .
{{cite journal}}: Cs1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Рассел, MJ; 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 .
- ^ Jump up to: а беременный Varma, Sreejith J.; Mucowska, Kamila B.; Шачелейн, Пол; Моран, Джозеф (2018-04-23). «Нативное железо уменьшает CO 2 до промежуточных соединений и конечных продуктов пути ацетил-КоА» . Природа экология и эволюция . 2 (6): 1019–1024. doi : 10.1038/s41559-018-0542-2 . ISSN 2397-334X . PMC 5969571 . PMID 29686234 .
- ^ Jump up to: а беременный Preiner, Martina; Игараши, Кенсуке; Mucowska, Kamila B.; Ю, Минкуан; Varma, Sreejith J.; Kleinermanns, Karl; Нобу, Масару К.; Камагата, Йоичи; Тюйсюз, Харун; Моран, Джозеф; Мартин, Уильям Ф. (апрель 2020 г.). «Гидрогензависимый геохимический аналог первичного метаболизма углерода и энергетики» (PDF) . Природа экология и эволюция . 4 (4): 534–542. doi : 10.1038/s41559-020-1125-6 . ISSN 2397-334X . PMID 32123322 . S2CID 211729738 .
- ^ MC Weiss; и др. (2016). «Физиология и среда обитания последнего универсального общего предка». Природная микробиология . 1 (16116): 16116. DOI : 10.1038/nmicrobiol.2016.116 . PMID 27562259 . S2CID 2997255 .
- ^ SJ Berkmer; и др. (2021). «Новый анализ разделения домена археи-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 .
- ^ Ксавье, Джоана С.; Герхардс, Ребекка Е.; Виммер, Джессика Ле; Брюкнер, Джулия; Триа, Фернандо Д.К.; Мартин, Уильям Ф. (2021-03-26). «Метаболическая сеть последнего бактериального общего предка» . Биология связи . 4 (1): 413. DOI : 10.1038/S42003-021-01918-4 . ISSN 2399-3642 . PMC 7997952 . PMID 33772086 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Дерево HG (февраль 1991 г.). «Жизнь с CO или CO 2 и H 2 в качестве источника углерода и энергии» . Faseb j . 5 (2): 156–63. doi : 10.1096/fasebj.5.2.1900793 . PMID 1900793 . S2CID 45967404 .
- Diekert G, Wohlfarth G (1994). «Метаболизм гомоацетогенов». Антони Ван Леувенхук . 66 (1–3): 209–21. Doi : 10.1007/bf00871640 . PMID 7747932 . S2CID 7473300 .