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Camino Wood-Ljungdahl

La vía reductora acetil-CoA

La vía Wood-Ljungdahl es un conjunto de reacciones bioquímicas utilizadas por algunas bacterias . También se la conoce como vía reductora de la acetil-coenzima A ( Acetil-CoA ) . [1] Esta vía permite a estos organismos utilizar hidrógeno como donante de electrones y dióxido de carbono como aceptor de electrones y como componente básico para la biosíntesis .

En esta vía, el dióxido de carbono se reduce a monóxido de carbono y ácido fórmico o directamente a un grupo formilo , el grupo formilo se reduce a un grupo metilo 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: CO deshidrogenasa y acetil-CoA sintasa . El primero cataliza la reducción del CO 2 y el segundo combina el CO resultante con un grupo metilo para dar acetil-CoA. [1] [2]

Algunas bacterias anaeróbicas utilizan la vía Wood-Ljungdahl a la inversa para descomponer el acetato . Por ejemplo, las bacterias reductoras de sulfato oxidan el acetato completamente a CO 2 y H 2 , junto con la reducción del sulfato a sulfuro . [3] Cuando opera en la dirección inversa, la acetil-CoA sintasa a veces se llama acetil-CoA decarbonilasa.

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 metanógenas . [5] En estas arqueas anaeróbicas , el ciclo de Wolfe funciona como una vía de metanogénesis para reducir el CO 2 a metano con donantes de electrones como el hidrógeno y el formiato. [6]

Evolución

Relevancia para la abiogénesis

Se ha propuesto que la vía reductora del acetil-CoA podría haber comenzado en respiraderos hidrotermales alcalinos de aguas profundas donde los sulfuros metálicos y los metales catalizan las reacciones prebióticas de la vía reductora del acetil-CoA. [7] Experimentos recientes han intentado replicar esta vía intentando reducir el CO 2 , observándose muy poco piruvato usando hierro nativo como agente reductor (<0,03 mM), [8] y aún menos en entornos hidrotermales con H 2 ( 10 µM). [9] Joseph Moran y sus colegas afirman que "se ha propuesto que las formas completa o "en herradura" del ciclo rTCA pueden haber estado unidas alguna vez con la vía del acetil CoA en una red de fijación de carbono ancestral, posiblemente prebiótica". [8]

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

Referencias históricas

Ver también

Referencias

  1. ^ ab Ragsdale Stephen W (2006). "Metales y sus andamios para promover reacciones enzimáticas difíciles". Química. Rdo . 106 (8): 3317–3337. doi :10.1021/cr0503153. PMID  16895330.
  2. ^ Paul A. Lindahl "Enlaces níquel-carbono en acetil-coenzima A sintasas / monóxido de carbono deshidrogenasas" Met. Iones vida ciencia. 2009, volumen 6, págs. 133-150. doi :10.1039/9781847559159-00133
  3. ^ Spormann, Alfred M.; Thauer, Rudolf K. (1988). "Oxidación anaeróbica de acetato a CO 2 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 cierra el círculo". 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 isoformas de monóxido de carbono deshidrogenasa / acetil-CoA sintasa en Methanosarcina acetivorans". Revista de Bacteriología . 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". Biología actual . 28 (13): R727–R732. doi : 10.1016/j.cub.2018.05.021 . PMID  29990451.{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. ^ Russell, MJ; Martín, 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; Morán, José (23 de abril de 2018). "El hierro nativo reduce el CO2 a intermedios y productos finales de la vía del acetil-CoA". Ecología y evolución de la naturaleza . 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 hábitat del último ancestro común universal". Microbiología de la naturaleza . 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 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. 
  12. ^ Xavier, Joana C.; Gerhards, Rebecca E.; Wimmer, Jessica LE; Brueckner, Julia; Tria, Fernando DK; Martín, William F. (26 de marzo de 2021). "La red metabólica del último ancestro común bacteriano". Biología de las Comunicaciones . 4 (1): 413. doi :10.1038/s42003-021-01918-4. ISSN  2399-3642. PMC 7997952 . PMID  33772086. 

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