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伍德-隆达尔代谢途径

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还原性乙酰辅酶A途径

伍德-隆达尔代谢途径(Wood–Ljungdahl pathway)是一类为产醋酸盐英语Acetogen细菌产甲烷古菌所用的生物化学反应,这代谢途径又被称为还原性乙酰辅酶A途径[1]这反应使得生物体可用氢作为电子予体,以二氧化碳作为电子受体,并使得生物体能以之作为生物合成的基础。

在这代谢途径中,二氧化碳被还原成一氧化碳及甲酸,或直接被还原成,而这醛会再进一步地被还原成甲基并与一氧化碳和辅酶A反应生成乙酰辅酶A。

两个特定的酵素会参与一氧化碳部分的途径:一氧化碳脱氢酶乙酰辅酶A连接酶英语Acetyl-CoA synthetase。其中前者会催化二氧化碳的还原反应;而后者会将如此产生的一氧化碳与甲基连接以生成乙酰辅酶A。[1][2]

一些厌氧的细菌和古菌也会使用逆向的伍德-隆达尔代谢途径来分解乙酸盐,像例如说一些产甲烷菌会将乙酸盐分解为甲基与一氧化碳,并进一步将甲基给还原成甲烷,同时将一氧化碳给氧化成二氧化碳;[3]另一方面,硫还原细菌英语Sulfate-reducing microorganism会将乙酸盐给完全氧化成氢气与二氧化碳,与此同时将硫酸盐给还原成硫化物。[4]在逆向途径中,乙酰辅酶A连接酶有时又被称为乙酰辅酶A脱羧酶。

这途径同时出现于产醋酸英语Acetogen细菌产甲烷古菌当中[5];与逆向三羧酸循环英语Reverse Krebs cycle卡尔文循环不同的是,这反应并不是循环的。近期对一系列细菌和古菌的基因研究的研究发现,所有细胞生物的最后共祖可能是在热液中使用伍德-隆达尔代谢途径的生物;[6]而对代谢途径的系统发生重构也支持此点;[7]然而在近期尝试重现此类还原二氧化碳途径的实验中,只有非常少量(少于0.03mM)的丙酮酸盐用自然铁做还原剂[8];而在热液环境中只有更少量的(大约10μM)用氢气做还原剂。[9]

参见

参考资料

  1. ^ 1.0 1.1 Ragsdale Stephen W. Metals and Their Scaffolds To Promote Difficult Enzymatic Reactions. Chem. Rev. 2006, 106 (8): 3317–3337. PMID 16895330. doi:10.1021/cr0503153. 
  2. ^ Paul A. Lindahl "Nickel-Carbon Bonds in Acetyl-Coenzyme A Synthases/Carbon Monoxide Dehydrogenases" Met. Ions Life Sci. 2009, volume 6, pp. 133–150. doi:10.1039/9781847559159-00133
  3. ^ Can, Mehmet; Armstrong, Fraser A.; Ragsdale, Stephen W. Structure, Function, and Mechanism of the Nickel Metalloenzymes, CO Dehydrogenase, and Acetyl-CoA Synthase. Chemical Reviews. 2014-04-23, 114 (8): 4149–4174. ISSN 0009-2665. PMC 4002135可免费查阅. PMID 24521136. doi:10.1021/cr400461p. 
  4. ^ Spormann, Alfred M.; Thauer, Rudolf K. Anaerobic acetate oxidation to CO2 by Desulfotomaculum acetoxidans. Archives of Microbiology. 1988, 150 (4): 374–380. ISSN 0302-8933. S2CID 2158253. doi:10.1007/BF00408310. 
  5. ^ Matschiavelli, N.; Oelgeschlager, E.; Cocchiararo, B.; Finke, J.; Rother, M. Function and regulation of isoforms of carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-CoA synthase in Methanosarcina acetivorans. Journal of Bacteriology. 2012, 194 (19): 5377–87. PMC 3457241可免费查阅. PMID 22865842. doi:10.1128/JB.00881-12. 
  6. ^ M. C. Weiss; et al. The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Nature Microbiology. 2016, 1 (16116): 16116. PMID 27562259. S2CID 2997255. doi:10.1038/nmicrobiol.2016.116. 
  7. ^ Braakman, Rogier; Smith, Eric. The Emergence and Early Evolution of Biological Carbon-Fixation. PLOS Computational Biology. 2012-04-19, 8 (4): e1002455. Bibcode:2012PLSCB...8E2455B. ISSN 1553-7358. PMC 3334880可免费查阅. PMID 22536150. doi:10.1371/journal.pcbi.1002455 (英语). 
  8. ^ Varma, Sreejith J.; Muchowska, Kamila B.; Chatelain, Paul; Moran, Joseph. Native iron reduces CO2 to intermediates and end-products of the acetyl-CoA pathway. Nature Ecology & Evolution. 2018-04-23, 2 (6): 1019–1024. ISSN 2397-334X. PMC 5969571可免费查阅. PMID 29686234. doi:10.1038/s41559-018-0542-2 (英语). 
  9. ^ Preiner, Martina; Igarashi, Kensuke; Muchowska, Kamila B.; Yu, Mingquan; Varma, Sreejith J.; Kleinermanns, Karl; Nobu, Masaru K.; Kamagata, Yoichi; Tüysüz, Harun; Moran, Joseph; Martin, William F. A hydrogen-dependent geochemical analogue of primordial carbon and energy metabolism. Nature Ecology & Evolution. April 2020, 4 (4): 534–542 [2022-07-30]. ISSN 2397-334X. PMID 32123322. S2CID 211729738. doi:10.1038/s41559-020-1125-6. (原始内容存档于2023-02-17) (英语). 

延伸阅读