颠覆认知!《自然》最新研究表明二氧化碳不仅是代谢产物,还是能量之源

2021-05-09 10:24:13 前瞻网

几乎在所有的生命形式之中,能量代谢的途径大多是三羧酸循环(TCA循环)。TCA循环将食物中的糖、脂、蛋白质三大营养物质最终转化为能量和CO2。然而近日的一篇报道发现在某些细菌中,TCA循环被反转了。

近日,一篇由德国明斯特大学和慕尼黑工业大学的研究团队发表的研究发现,细菌身上会发生逆向的TCA循环。这使得细菌能够在充斥着CO2气体的环境中茁壮成长,为物种起源提供了新的线索。这项研究发布在《自然》期刊上。

研究表明,在厌氧微生物中,三羧酸(TCA)循环,包括看似不可逆柠檬酸合酶反应,可以被逆转并用于碳的自养固定。

这种逆转的氧化TCA循环需要依赖递延氧的2-氧代戊二酸合成酶,而不是依赖NAD的脱氢酶,以及极高水平的柠檬酸合成酶(占细胞内蛋白质的7%以上)。

在这一途径中,柠檬酸合成酶取代了还原性TCA循环中的ATP-柠檬酸裂解酶,这导致该循环每转一圈少花一个ATP等价物。

研究团队用嗜热的硫磺还原性脱脂菌Hippea maritima表征出maritima细菌的逆向TCA循环过程。研究结果显示,这一途径是由高分压的二氧化碳驱动的。这些高分压对于通过还原性羧化为丙酮酸来清除产品乙酰辅酶A(acetyl-CoA)尤为重要,这是由丙酮酸合成酶催化的。

基于这一研究结果,团队做出合理推测:在假定富含二氧化碳的原始大气中,反向氧化的TCA循环可能已经在自养二氧化碳固定中发挥作用。

这项研究的震撼之处在于,它向我们展示了万物之源的微生物如何将在曾经充满CO2的地球大气之下维持生存。

参考资料:

Steffens, L., Pettinato, E., Steiner, T.M. et al. High CO2 levels drive the TCA cycle backwards towards autotrophy. Nature 592, 784–788 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03456-9

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