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Sendero Wood-Ljungdahl

La vía reductiva del acetil-CoA La vía de Wood-Ljungdahl es un conjunto de reacciones bioquímicas utilizadas por algunas bacterias . También se conoce como la vía reductiva de l...

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La vía reductiva del acetil-CoA

La vía de Wood-Ljungdahl es un conjunto de reacciones bioquímicas utilizadas por algunas bacterias . También se conoce como la vía reductiva de la acetil-coenzima A ( acetil-CoA ) . [ 1 ] Esta vía permite a estos organismos utilizar hidrógeno ( H 2 ) como donador de electrones y dióxido de carbono ( CO 2 ) como aceptor de electrones y como bloque de construcción para generar acetato para la biosíntesis .

En esta vía, el dióxido de carbono se reduce a monóxido de carbono (CO) y ácido fórmico (HCOOH) o directamente a un grupo formilo (R−CH=O). El grupo formilo se reduce a un grupo metilo (−CH₃ ) y luego se combina con el monóxido de carbono y la coenzima A para producir acetil-CoA. Dos enzimas específicas participan en la vía del monóxido de carbono: la CO deshidrogenasa y la acetil-CoA sintasa . La primera cataliza la reducción del CO₂ y la segunda combina el CO resultante con un grupo metilo para dar acetil-CoA. [ 2 ] [ 1 ] [ 3 ]

Algunas bacterias anaeróbicas utilizan la vía de Wood-Ljungdahl en sentido inverso para degradar el acetato . Por ejemplo, las bacterias reductoras de sulfato (BRS) transforman completamente el acetato en CO₂ y H₂ junto con la reducción de sulfato a sulfuro . [ 4 ] Cuando opera en sentido inverso, la acetil-CoA sintasa a veces se denomina acetil-CoA descarbonilasa.

Una vía metabólica relacionada evolutivamente pero bioquímicamente distinta, denominada ciclo de Wolfe [ 5 ], se produce exclusivamente en algunas arqueas llamadas metanógenas [ 6 ] . En estas arqueas anaeróbicas , el ciclo de Wolfe funciona como una vía de metanogénesis para reducir el CO₂ a metano ( CH₄ ) con donadores de electrones como el hidrógeno ( H₂ ) y el formato (HCOO⁻ ) [ 7 ] .

Evolución

Relevancia para la abiogénesis

Se ha propuesto que la vía reductiva del acetil-CoA podría haber comenzado en las chimeneas hidrotermales alcalinas de aguas profundas, donde los sulfuros metálicos y los metales de transición catalizan las reacciones prebióticas de dicha vía. [ 8 ] Experimentos recientes han intentado replicar esta vía reduciendo el CO 2 , observándose muy poco piruvato al usar hierro nativo (Fe 0 , Fe zerovalente ) como agente reductor (< 30 μM), [ 9 ] e incluso menos en entornos hidrotermales con H 2 (10 μM). [ 10 ] Joseph Moran y sus colegas afirman que "se ha propuesto que las formas completa o en "herradura" del ciclo r TCA podrían haber estado unidas en algún momento a la vía del acetil CoA en una red ancestral, posiblemente prebiótica, de fijación de carbono ". [ 9 ]

Último ancestro común universal

Un estudio de 2016 de los genomas de un conjunto de bacterias y arqueas sugirió que el último ancestro común universal (LUCA) de todas las células utilizaba una antigua vía de Wood-Ljungdahl en un entorno hidrotermal, [ 11 ] pero trabajos más recientes cuestionan esta conclusión, argumentando que el estudio anterior había "submuestreado familias de proteínas, lo que resultó en árboles filogenéticos incompletos que no reflejan la evolución de las familias de proteínas ". [ 12 ] Sin embargo, la evidencia geológica y las reconstrucciones filogenómicas de la red metabólica de los ancestros comunes de arqueas y bacterias apoyan que LUCA fijaba CO 2 y dependía de H 2 . [ 13 ] [ 10 ]

Referencias históricas

  • Ljungdahl LG (1969). "Síntesis total de acetato a partir de CO 2 por bacterias heterótrofas". Annual Review of Microbiology . 23 (1): 515– 38. doi : 10.1146/annurev.mi.23.100169.002503 . PMID 4899080 . 
  • Ljungdahl LG (1986). "La vía autotrófica de la síntesis de acetato en bacterias acetogénicas". Annual Review of Microbiology . 40 (1): 415– 50. doi : 10.1146/annurev.micro.40.1.415 . PMID 3096193 . 
  • Ljungdahl LG (2009). "Una vida con acetógenos, termófilos y anaerobios celulolíticos" . Annual Review of Microbiology . 63 (1): 1– 25. doi : 10.1146/annurev.micro.091208.073617 . PMID 19575555 . 

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Ragsdale Stephen W (2006). "Metales y sus andamios para promover reacciones enzimáticas difíciles". Chem. Rev. 106 ( 8): 3317– 3337. doi : 10.1021/cr0503153 . PMID 16895330 . 
  2. ^ Ragsdale, suroeste; Pierce, E. (2008). "Acetogénesis y la vía de fijación de CO2 de Wood-Ljungdahl" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteínas y Proteómica . 1784 (12): 1873–1898 . doi : 10.1016/j.bbapap.2008.08.012 . PMC 2646786 . PMID 18801467 .  
  3. ↑ Paul A. Lindahl "Enlaces níquel-carbono en acetil-coenzima A sintasas/monóxido de carbono deshidrogenasas" Met. Ions Life Sci. 2009, volumen 6, págs. 133–150. doi : 10.1039/9781847559159-00133
  4. ↑ Spormann, Alfred M.; Thauer, Rudolf K. (1988). "Oxidación anaeróbica de acetato a CO 2 por Desulfotomaculum acetoxidans ". Archives of Microbiology . 150 (4): 374– 380. doi : 10.1007/BF00408310 . ISSN 0302-8933 . S2CID 2158253 .  
  5. ↑ Thauer, Rudolf K. (2012). "El ciclo de Wolfe se completa" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 109 ( 38): 15084– 15085. Bibcode : 2012PNAS..10915084T . doi : 10.1073/pnas.1213193109 . PMC 3458314. PMID 22955879 .  
  6. ↑ Matschiavelli, N.; Oelgeschlager, E.; Cocchiararo, B.; Finke, J.; Rother, M. (2012). "Función y regulación de las isoformas de la monóxido de carbono deshidrogenasa/acetil-CoA sintasa en Methanosarcina acetivorans" . Journal of Bacteriology . 194 (19): 5377– 87. doi : 10.1128/JB.00881-12 . PMC 3457241. PMID 22865842 .  
  7. ↑ Lyu, Z.; Shao, N.; Akinyemi, T.; Whitman, WB. (2018). "Metanogénesis" . Current Biology . 28 (13): R727– R732. Bibcode : 2018CBio...28.R727L . doi : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . PMID 29990451 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. ↑ Russell, MJ; Martin, W. (2004). "Las raíces rocosas de la vía del acetil-CoA" . Trends in Biochemical Sciences . 29 (7): 358– 363. doi : 10.1016/j.tibs.2004.05.007 . ISSN 0968-0004 . PMID 15236743 .  
  9. 1 2 Varma, Sreejith J.; Muchowska, Kamila B.; Chatelain, Paul; Moran, Joseph (2018-04-23). ​​"El hierro nativo reduce el CO 2 a intermediarios y productos finales de la vía del acetil-CoA" . Nature Ecology & Evolution . 2 (6): 1019– 1024. Bibcode : 2018NatEE...2.1019V . doi : 10.1038/ s41559-018-0542-2 . ISSN 2397-334X . PMC 5969571. PMID 29686234 .   
  10. 1 2Preiner , Martina; Igarashi, Kensuke; Muchowska, Kamila B.; Yu, Mingquan; Varma, Sreejith J.; Kleinermanns, Karl; Nobu, Masaru K.; Kamagata, Yoichi; Tüysüz, Harun; Morán, José; Martín, William F. (abril de 2020). "Un análogo geoquímico dependiente del hidrógeno del carbono primordial y el metabolismo energético" (PDF) . Ecología y evolución de la naturaleza . 4 (4): 534– 542. Bibcode : 2020NatEE...4..534P . doi : 10.1038/s41559-020-1125-6 . ISSN 2397-334X . PMID 32123322 . S2CID 211729738 .   
  11. ↑ MC Weiss; et al. (2016). "La fisiología y el hábitat del último ancestro común universal". Nature Microbiology . 1 (16116): 16116. doi : 10.1038/nmicrobiol.2016.116 . PMID 27562259 . S2CID 2997255 .   
  12. ↑ SJ Berkemer; et al. (2021). "Un nuevo análisis de la separación de dominios arqueas-bacterias: distancia filogenética variable y el ritmo de la evolución temprana" . Biología Molecular y Evolución . 37 (8): 2332– 2340. doi : 10.1093 / molbev/msaa089 . PMC 7403611. PMID 32316034 .   
  13. ↑ Xavier, Joana C.; Gerhards, Rebecca E.; Wimmer, Jessica LE; Brueckner, Julia; Tria, Fernando DK; Martin, William F. (2021-03-26). " La red metabólica del último ancestro común bacteriano" . Communications Biology . 4 (1): 413. doi : 10.1038/s42003-021-01918-4 . ISSN 2399-3642 . PMC 7997952. PMID 33772086 .   

Lecturas adicionales

  • Wood HG (febrero de 1991). " Vida con CO o CO₂ y H₂ como fuente de carbono y energía" . FASEB J. 5 ( 2): 156–63 . doi : 10.1096/fasebj.5.2.1900793 . PMID 1900793. S2CID 45967404 .  
  • Diekert G, Wohlfarth G (1994). "Metabolismo de homoacetógenos". Antonie van Leeuwenhoek . 66 ( 1– 3): 209– 21. doi : 10.1007/BF00871640 . PMID 7747932 . S2CID 7473300 .