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伍德-隆達爾代謝途徑

十一月 13, 2023

伍德－隆達爾代謝途徑（Wood–Ljungdahl pathway）是一類為產醋酸鹽（英语：Acetogen）細菌跟產甲烷古菌所用的生物化學反應，這代謝途徑又被稱為還原性乙醯輔酶A途徑。[1]這反應使得生物體可用氫作為電子予體，以二氧化碳作為電子受體，並使得生物體能以之作為生物合成的基礎。

還原性乙醯輔酶A途徑

在這代謝途徑中，二氧化碳被還原成一氧化碳及甲酸，或直接被還原成醛，而這醛會再進一步地被還原成甲基並與一氧化碳和輔酶A反應生成乙醯輔酶A。

兩個特定的酵素會參與一氧化碳部分的途徑：一氧化碳脫氫酶和乙酰輔酶A連接酶（英语：Acetyl-CoA synthetase）。其中前者會催化二氧化碳的還原反應；而後者會將如此產生的一氧化碳與甲基連接以生成乙醯輔酶A。[1][2]

一些厭氧的細菌和古菌也會使用逆向的伍德－隆達爾代謝途徑來分解乙酸鹽，像例如說一些產甲烷菌會將乙酸鹽分解為甲基與一氧化碳，並進一步將甲基給還原成甲烷，同時將一氧化碳給氧化成二氧化碳；[3]另一方面，硫還原細菌（英语：Sulfate-reducing microorganism）會將乙酸鹽給完全氧化成氫氣與二氧化碳，與此同時將硫酸鹽給還原成硫化物。[4]在逆向途徑中，乙酰輔酶A連接酶有時又被稱為乙酰輔酶A脫羧酶。

這途徑同時出現於產醋酸（英语：Acetogen）細菌跟產甲烷古菌當中[5]；與逆向三羧酸循環（英语：Reverse Krebs cycle）與卡爾文循環不同的是，這反應並不是循環的。近期對一系列細菌和古菌的基因研究的研究發現，所有細胞生物的最後共祖可能是在熱液中使用伍德－隆達爾代謝途徑的生物；[6]而對代謝途徑的系統發生重構也支持此點；[7]然而在近期嘗試重現此類還原二氧化碳途徑的實驗中，只有非常少量（少於0.03mM）的丙酮酸鹽用自然鐵做還原劑[8]；而在熱液環境中只有更少量的（大約10μM）用氫氣做還原劑。[9]

參見 编辑

參考資料 编辑

  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  . 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  . 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  . 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  . 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. （原始内容于2023-02-17） （英语）. 

延伸閱讀 编辑

  • Wood HG. Life with CO or CO2 and H2 as a source of carbon and energy. FASEB J. February 1991, 5 (2): 156–63. PMID 1900793. S2CID 45967404. doi:10.1096/fasebj.5.2.1900793. 
  • Diekert G, Wohlfarth G. Metabolism of homoacetogens. Antonie van Leeuwenhoek. 1994, 66 (1–3): 209–21. PMID 7747932. S2CID 7473300. doi:10.1007/BF00871640. 

十一月 13, 2023
伍德, 隆達爾代謝途徑, 伍德, 隆達爾代謝途徑, wood, ljungdahl, pathway, 是一類為產醋酸鹽, 英语, acetogen, 細菌跟產甲烷古菌所用的生物化學反應, 這代謝途徑又被稱為還原性乙醯輔酶a途徑, 這反應使得生物體可用氫作為電子予體, 以二氧化碳作為電子受體, 並使得生物體能以之作為生物合成的基礎, 還原性乙醯輔酶a途徑在這代謝途徑中, 二氧化碳被還原成一氧化碳及甲酸, 或直接被還原成醛, 而這醛會再進一步地被還原成甲基並與一氧化碳和輔酶a反應生成乙醯輔酶a, 兩個特定的酵素會參與. 伍德 隆達爾代謝途徑 Wood Ljungdahl pathway 是一類為產醋酸鹽 英语 Acetogen 細菌跟產甲烷古菌所用的生物化學反應 這代謝途徑又被稱為還原性乙醯輔酶A途徑 1 這反應使得生物體可用氫作為電子予體 以二氧化碳作為電子受體 並使得生物體能以之作為生物合成的基礎 還原性乙醯輔酶A途徑在這代謝途徑中 二氧化碳被還原成一氧化碳及甲酸 或直接被還原成醛 而這醛會再進一步地被還原成甲基並與一氧化碳和輔酶A反應生成乙醯輔酶A 兩個特定的酵素會參與一氧化碳部分的途徑 一氧化碳脫氫酶和乙酰輔酶A連接酶 英语 Acetyl CoA synthetase 其中前者會催化二氧化碳的還原反應 而後者會將如此產生的一氧化碳與甲基連接以生成乙醯輔酶A 1 2 一些厭氧的細菌和古菌也會使用逆向的伍德 隆達爾代謝途徑來分解乙酸鹽 像例如說一些產甲烷菌會將乙酸鹽分解為甲基與一氧化碳 並進一步將甲基給還原成甲烷 同時將一氧化碳給氧化成二氧化碳 3 另一方面 硫還原細菌 英语 Sulfate reducing microorganism 會將乙酸鹽給完全氧化成氫氣與二氧化碳 與此同時將硫酸鹽給還原成硫化物 4 在逆向途徑中 乙酰輔酶A連接酶有時又被稱為乙酰輔酶A脫羧酶 這途徑同時出現於產醋酸 英语 Acetogen 細菌跟產甲烷古菌當中 5 與逆向三羧酸循環 英语 Reverse Krebs cycle 與卡爾文循環不同的是 這反應並不是循環的 近期對一系列細菌和古菌的基因研究的研究發現 所有細胞生物的最後共祖可能是在熱液中使用伍德 隆達爾代謝途徑的生物 6 而對代謝途徑的系統發生重構也支持此點 7 然而在近期嘗試重現此類還原二氧化碳途徑的實驗中 只有非常少量 少於0 03mM 的丙酮酸鹽用自然鐵做還原劑 8 而在熱液環境中只有更少量的 大約10mM 用氫氣做還原劑 9 參見 编辑碳固定 一氧化碳脱氫酶 合成氣發酵 英语 Syngas fermentation 產甲烷作用參考資料 编辑 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 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 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 nbsp PMID 24521136 doi 10 1021 cr400461p 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 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 nbsp PMID 22865842 doi 10 1128 JB 00881 12 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 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 nbsp PMID 22536150 doi 10 1371 journal pcbi 1002455 英语 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 amp Evolution 2018 04 23 2 6 1019 1024 ISSN 2397 334X PMC 5969571 nbsp PMID 29686234 doi 10 1038 s41559 018 0542 2 英语 Preiner Martina Igarashi Kensuke Muchowska Kamila B Yu Mingquan Varma Sreejith J Kleinermanns Karl Nobu Masaru K Kamagata Yoichi Tuysuz Harun Moran Joseph Martin William F A hydrogen dependent geochemical analogue of primordial carbon and energy metabolism Nature Ecology amp 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 延伸閱讀 编辑Wood HG Life with CO or CO2 and H2 as a source of carbon and energy FASEB J February 1991 5 2 156 63 PMID 1900793 S2CID 45967404 doi 10 1096 fasebj 5 2 1900793 Diekert G Wohlfarth G Metabolism of homoacetogens Antonie van Leeuwenhoek 1994 66 1 3 209 21 PMID 7747932 S2CID 7473300 doi 10 1007 BF00871640 取自 https zh wikipedia org w index php title 伍德 隆達爾代謝途徑 amp oldid 76862522, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

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