Científicos del Instituto de Microbiología de la Academia de Ciencias de China (IMCAS) informaron recientemente de una reducción en el ciclo de fijación de carbono artificial. El ciclo contiene solo cuatro reacciones bioquímicas y es capaz de condensar dos moléculas de dióxido de carbono en una molécula de oxalato por ronda. El estudio fue publicado en Catalizador ACS..

atmósfera creciente saciar El foco es uno de los principales contribuyentes al cambio climático antropogénico, que ha causado gran preocupación en todo el mundo. En la naturaleza, las plantas y los microbios fijan el dióxido de carbono a través de vías de fijación de carbono. Dos vías de fijación de carbono sintético, el ciclo de Crotonil-CoA / Etilmalonil-CoA / Hidroxibutil-CoA (CETCH) y almidón anabólico sintético un sendero La vía ASAP, también informada en los últimos años. Sin embargo, estas vías suelen contener múltiples interacciones (a menudo más de 10).

En general, un gran número de reacciones puede reducir la eficiencia global de fijación de carbono de la vía. Luego, los científicos preguntaron: ¿Es posible reducir el número de reacciones necesarias para que el ciclo de fijación de carbono aumente la eficiencia? Y si es posible, ¿cuál es el número mínimo de reacciones que pueden formar un ciclo funcional de fijación de carbono?

Para responder a esta pregunta, los científicos de IMCAS diseñaron un ciclo de fijación de carbono sintético en miniatura basado en cálculos termodinámicos y cinéticos de reacciones enzimáticas. Este ciclo sintético contiene solo cuatro reacciones y las cuatro enzimas involucradas son piruvato carboxilasa (PYC), oxalacetato acetilhidrolasa (OAH), acetato-CoA ligasa (ACS) y piruvato sintasa (PFOR), por lo que este ciclo se llama piruvato carboxilasa / oxaloacroselasa CoA ligasa. / piruvato: ciclo de la ferrodioxina oxidorreductasa (POAP).

La reacción más desafiante en el ciclo POAP fue la carboxilación reductora de PFOR. Normalmente, PFOR cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. La reacción del carboxilato reductor debe ser impulsada por un donante de electrones de bajo potencial. La ferroxina se seleccionó como donante de electrones para este propósito. Entre una serie de ferroxinas de bajo potencial probadas, se encontró que la ferroxina de Hydrogenobacter thermophiles impulsa de manera eficiente la carboxilación reductora de PFOR de Clostridium thermocellum. A continuación, se examinaron PYC, OAH y ACS para determinar la construcción del ciclo POAP.

Para crear el ciclo POAP, se dividieron cuatro reacciones en dos cadenas, luego se agruparon las dos cadenas y se probó la eficiencia de fijación de carbono en condiciones anaeróbicas Utilización ¹³Nahko con etiqueta C₃ como sustrato. ¹³El oxalato marcado con C producido por el ciclo POAP se detectó mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas. CO₂ La tasa de fijación para el ciclo POAP se calculó en 8.0 ± 1.8 nmol CO₂ Preciso^-1 mg^-1 ko₂– Estabilización de enzimas y el número de rotación total fue de 5 mol / mol, superior al del ciclo CETCH sintético.

El ciclo POAP opera a temperaturas relativamente altas (50 ° C) y condiciones anaeróbicas, por lo que puede proporcionar un nuevo paradigma para comprender e investigar el CO.₂Instalaciones en organismos antiguos. El ciclo POAP también proporciona una vía alternativa de biotransformación. carbón Dióxido en productos químicos útiles.