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Sendero Wood-Ljungdahl

La vía reductora del acetil-CoA

La vía de Wood-Ljungdahl es un conjunto de reacciones bioquímicas utilizadas por algunas bacterias . También se conoce como vía reductora 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 componente básico 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 (−CH 3 ) y luego se combina con el monóxido de carbono y la coenzima A para producir acetil-CoA. Dos enzimas específicas participan en el lado del monóxido de carbono de la vía: la CO deshidrogenasa y la acetil-CoA sintasa . La primera cataliza la reducción del CO 2 y la segunda combina el CO resultante con un grupo metilo para dar acetil-CoA. [1] [2]

Algunas bacterias anaeróbicas utilizan la vía de Wood-Ljungdahl en sentido inverso para descomponer el acetato . Por ejemplo, las bacterias reductoras de sulfato (SRB) transforman el acetato por completo en CO2 y H2 , junto con la reducción del sulfato a sulfuro . [3] Cuando opera en sentido inverso, la acetil-CoA sintasa a veces se denomina acetil-CoA descarbonilasa.

No debe confundirse con la vía Wood-Ljungdahl, una vía evolutivamente relacionada pero bioquímicamente distinta llamada Ciclo de Wolfe [4] ocurre exclusivamente en algunas arqueas metanogénicas llamadas metanógenos . [5] En estas arqueas anaeróbicas , el Ciclo de Wolfe funciona como una vía de metanogénesis para reducir el CO 2 en metano ( CH 4 ) con donantes de electrones como hidrógeno ( H 2 ) y formato (HCOO – ). [6]

Evolución

Relevancia para la abiogénesis

Se ha propuesto que la vía reductora del acetil-CoA podría haber comenzado en los respiraderos hidrotermales alcalinos de las profundidades marinas , donde los sulfuros metálicos y los metales de transición catalizan las reacciones prebióticas de la vía reductora del acetil-CoA. [7] Experimentos recientes han intentado replicar esta vía intentando reducir el CO2 , con muy poco piruvato observado utilizando hierro nativo (Fe0 , Fe de valencia cero ) como agente reductor (<30 μM), [8] e incluso menos en entornos hidrotermales con H2 ( 10 μM). [9] Joseph Moran y sus colegas afirman que "se ha propuesto que las formas completas o de "herradura" del ciclo del TCA r pueden haber estado alguna vez unidas con la vía del acetil-CoA en una red ancestral, posiblemente prebiótica, de fijación de carbono ". [8]

Último antepasado 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 estaba utilizando una antigua vía Wood-Ljungdahl en un entorno hidrotermal, [10] pero un trabajo más reciente desafía esta conclusión ya que argumentaron que el estudio anterior había "submuestreado familias de proteínas, lo que resultó en árboles filogenéticos incompletos que no reflejan la evolución de la familia de proteínas ". [11] Sin embargo, la evidencia geológica y las reconstrucciones filogenómicas de la red metabólica de los ancestros comunes de las arqueas y las bacterias respaldan que LUCA fijó CO 2 y dependió de H 2 . [12] [9]

Referencias históricas

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Ragsdale Stephen W (2006). "Metales y sus estructuras para promover reacciones enzimáticas difíciles". Chem. Rev. 106 ( 8): 3317–3337. doi :10.1021/cr0503153. PMID  16895330.
  2. ^ Paul A. Lindahl "Enlaces níquel-carbono en las sintasas de acetil-coenzima A/deshidrogenasas de monóxido de carbono" Met. Ions Life Sci. 2009, volumen 6, págs. 133-150. doi :10.1039/9781847559159-00133
  3. ^ Spormann, Alfred M.; Thauer, Rudolf K. (1988). "Oxidación anaeróbica de acetato a CO2 por Desulfotomaculum acetoxidans ". Archivos de Microbiología . 150 (4): 374–380. doi :10.1007/BF00408310. ISSN  0302-8933. S2CID  2158253.
  4. ^ Thauer, Rudolf K. (2012). "El ciclo de Wolfe se cierra". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 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). "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. 
  6. ^ Lyu, Z.; Shao, N.; Akinyemi, T.; Whitman, WB. (2018). "Metanogénesis". Current Biology . 28 (13): R727–R732. doi : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . PMID  29990451.{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. ^ Russell, MJ; Martin, W. (2004). "Las raíces rocosas de la vía del acetil-CoA". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 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 (23 de abril de 2018). "El hierro nativo reduce el CO2 a productos intermedios y finales de la vía del acetil-CoA". Nature Ecology & Evolution . 2 (6): 1019–1024. doi :10.1038/s41559-018-0542-2. ISSN  2397-334X. PMC 5969571 . PMID  29686234. 
  9. ^ ab Preiner, 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. doi :10.1038/s41559-020-1125-6. ISSN  2397-334X. PMID  32123322. S2CID  211729738.
  10. ^ 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.
  11. ^ SJ Berkemer; et al. (2021). "Un nuevo análisis de la separación de dominios entre arqueas y 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. 
  12. ^ Xavier, Joana C.; Gerhards, Rebecca E.; Wimmer, Jessica LE; Brueckner, Julia; Tria, Fernando DK; Martin, William F. (26 de marzo de 2021). "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. 

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