科学家为柠檬酸循环提供了新的见解

时间：2021-04-25 00:00:00 来源：网络整理

研究人员对柠檬酸循环有了新的认识：某些细菌可以“反向”利用这一中枢代谢途径，但要做到这一点，它们必须拥有非常高浓度的柠檬酸合成酶和二氧化碳。柠檬酸循环是一个重要的代谢途径，使生物体能够通过将有机化合物降解为二氧化碳（CO&#8322；）来产生能量。循环的第一步通常由柠檬酸合成酶来完成，它构建柠檬酸。但是，在缺氧的情况下（在厌氧条件下），一些细菌可以执行相反的循环：它们可以从CO&#8322；中积累生物量；。在这种所谓的柠檬酸逆循环中，柠檬酸合成酶被ATp柠檬酸裂解酶取代，后者消耗细胞的通用能量载体ATp（三磷酸腺苷）来分解柠檬酸而不是形成柠檬酸。然而，几年前，伊万·伯格领导的一个研究小组；nster）和Wolfgang-Eisenreich（慕尼黑技术大学）发现，一些厌氧细菌可以利用柠檬酸合成酶本身催化柠檬酸分解，而不消耗ATp，而不需要ATp柠檬酸裂解酶来进行反向循环。现在，同一个研究小组发现，使用这种代谢途径（通过柠檬酸合成酶逆转柠檬酸循环）的细菌依赖于非常高浓度的酶和二氧化碳；空气中的浓度约为0.04%，但使用这种途径的细菌至少需要比它们生长所需的浓度高100倍。研究人员假设这样的CO&#8322；浓度依赖性途径可能在原始地球上广泛存在，因为CO&#8322；当时浓度很高。因此，这种代谢途径可能是早期生命的遗迹。这项研究的结果已经发表在《自然》杂志上。

利用柠檬酸合成酶进行柠檬酸裂解的“反向循环”无法生物信息学预测，因为它没有关键酶，其存在可作为该途径功能的标记。因此，作为生物信息学分析的一个识别特征，科学家们使用了在这些细菌的蛋白质混合物中检测到的高水平柠檬酸合成酶。利用一种特殊的分析工具，研究人员能够预测单个蛋白质的生产水平。有了这个技巧，就有可能预测许多厌氧细菌无机碳固定的“反向循环”的功能。

科学家们还表明，从氧化（“正向”）向还原（“反向”）方向转换不需要基因调控。”这意味着细胞可以对环境中碳源的可用性做出非常迅速的反应它们使用还原方向来固定CO&#8322；，如果CO的浓度&#8322；如果另一个碳源可用，则为高碳或氧化方向。”

方法学注释

研究中使用的方法为质谱和13C同位素分析、酶测量，使用色谱法和光谱法（LC/MS或GC/MS）进行蛋白质定量以及介质和氨基酸分析。利用生物信息学的方法，他们检测了某些核苷酸碱基组合（密码子）的发生情况，以便对单个蛋白质的产生做出预测

Journal Reference:

Lydia Steffens, Eugenio pettinato, Thomas M. Steiner, Achim Mall, Simone König, Wolfgang Eisenreich, Ivan A. Berg. High CO2 levels drive the TCA cycle backwards towards autotrophy. Nature, 2021; DOI: 10.1038/s41586-021-03456-9

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