Los científicos diseñan y construyen un ciclo de fijación de carbono sintético minimizado

Los científicos del Instituto de Microbiología de la Academia de Ciencias de China (IMCAS) informaron recientemente sobre un ciclo de fijación de carbono sintético minimizado. El ciclo contiene solo cuatro reacciones bioquímicas y es capaz de condensar dos moléculas de dióxido de carbono en una molécula de oxalato con cada turno. El estudio fue publicado en Catálisis ACS.

Atmósfera creciente gas carbónico La concentración 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 unión de carbono sintético, el ciclo de crotonil-CoA / etilmalonil-CoA / hidroxibutiril-CoA (CETCH) y el almidón anabólico artificial sendero (ASAP), también se han reportado en los últimos años. Sin embargo, estas vías suelen contener múltiples reacciones (normalmente más de 10 reacciones).

Generalmente, el gran número de reacciones puede reducir la eficiencia global de enlace de carbono de la ruta. Entonces, los científicos se preguntaron: ¿es posible reducir el número de reacciones necesarias para un ciclo de fijación de carbono con el fin de aumentar su eficiencia? y si es posible, ¿cuál es el número mínimo de reacciones que pueden constituir un ciclo funcional de enlace de carbono?

Para responder a esta pregunta, los científicos de IMCAS diseñaron un ciclo de fijación de carbono sintético minimizado 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 denominó piruvato carboxilasa / oxaloacetato acetilhidrolasa. Ciclo / acetato-CoA ligasa / piruvato: ferredoxin oxidorreductasa (POAP).

La reacción más difícil en el ciclo POAP fue la carboxilación reductora de PFOR. Por lo general, PFOR cataliza la descarboxilación oxidativa del piruvato. La reacción de carboxilación reductora debe ser impulsada por un donante de electrones de bajo potencial. La ferredoxina fue elegida como donante de electrones para este propósito. Entre una serie de ferredoxinas de bajo potencial probadas, se encontró que una ferredoxina de Hydrogenobacter termófila impulsa eficazmente la carboxilación reductora de Clostridium thermocellum PFOR. Posteriormente, PYC, OAH y ACS fueron seleccionados para la construcción del ciclo POAP.

Para construir el ciclo POAP, se dividieron cuatro reacciones en dos cascadas, luego se juntaron las dos cascadas y se probó la eficiencia de unión del carbono en condiciones anaeróbicas utilizando ¹³NaHCO etiquetado C₃ como sustrato. ¹³El oxalato marcado con C producido por el ciclo POAP se detectó mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas. CO₂ Se calculó que la tasa de unión del ciclo POAP era de 8.0 ± 1.8 nmol CO₂ min^-1 mg^-1 CO₂-enzimas de unión y el recambio total fue de 5 mol / mol de enzimas, superior a la del ciclo sintético CETCH.

El ciclo POAP opera a temperaturas relativamente altas (50 grados Celsius) y condiciones anaeróbicas, por lo que puede proporcionar un nuevo modelo para comprender y estudiar el CO₂fijación en organismos viejos. El ciclo POAP también proporciona una ruta alternativa para la conversión biológica. carbón dióxido de carbono en productos químicos útiles.