En usædvanlig måde for kulstoffiksering er blevet opdaget i arkæa • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Biovidenskab, Kemi, Genetik

En usædvanlig måde at klare kulstof på findes i arkæa.

Fig. 1. Calvins cyklus er en af ​​de vigtigste biokemiske processer i naturen, hvor uorganisk kulstof indføres i sammensætningen af ​​organiske molekyler (figur Www.geosciences.unl.edu). Se også en mere detaljeret ordning på KEGGs hjemmeside (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)

Japanske biokemister har opdaget en usædvanlig måde for archaea at fastsætte kuldioxid, som adskiller sig fra det, der anvendes af alle planter og bakterier. Det viste sig, at arkæa er det stof, som CO-molekylet er knyttet til.2 (ribulose-1,5-bisphosphat), er fremstillet af adenosinmonophosphat (AMP), et molekyle, der er en elementær bestanddel af RNA. Måske er denne metode til fastsættelse af uorganisk kulstof mere gammel end det, der hidtil har været kendt.

Livet på jorden er baseret på organismers evne til at fastsætte (binde) uorganisk kulstof indeholdt i miljøet i form af kuldioxid (CO2). Organer, som kan omdanne uorganisk carbon til organiske forbindelser kaldes autotrofe ("selvfodring"); disse omfatter planter, såvel som mange mikroorganismer (unicellulære eukaryoter, bakterier og arkæer). Organer, der ikke er i stand til dette (de kaldes heterotrophs), er faktisk freeloaders af autotrofer: de er helt afhængige af de organiske forbindelser, de producerer.Alle dyr, svampe og en del af mikroorganismer tilhører heterotrofer.

Derfor er den kemiske proces, hvorunder CO2 er inkluderet i sammensætningen af ​​organiske forbindelser, betragtes som en af ​​de vigtigste (hvis ikke det vigtigste) i naturen. Denne proces er kendt som Calvin-cyklen (se fig. 1). Calvins vigtigste enzym i cyklussen, ribulose-bisfosfatcarboxylase / oxygenase eller rubisco er det mest almindelige enzym i verden. Det vedhæfter et CO molekyle2 at ribulose bisfosfat (RuBP) med dannelsen af ​​to molekyler 3-phosphoglycerat (3PGA). Som følge heraf fra et fem-carbon organisk molekyle og CO2 Det viser sig to tre-carbon organiske molekyler. Derefter gennemgår 3PGA en række successive transformationer, i hvilken del af det organiske materiale går til syntesen af ​​glucose og en del til genoprettelsen af ​​lagre af RuBP.

Dette er tilfældet for planter, unicellulære fotosyntetiske eukaryoter og autotrofe bakterier. De fleste af arkæerne er også autotrofer, men deres carbonfixeringsmekanisme er stadig meget dårligt forstået. Calvin-cyklusens vigtigste enzym, rubisco, findes i mange arkæer, men andre vigtige enzymer,der kræves til gennemførelse af denne cykliske proces mangler arkæa. For eksempel har de ikke det enzym, som i Calvin-cyklen er ansvarlig for syntesen af ​​RuBP. Derfor var det stadig uklart, hvor arkæa tog RuBP, et stof, der var absolut nødvendigt for at fastlægge CO2.

Japanske biokemikere, der offentliggjorde resultaterne af deres forskning i det seneste nummer af tidsskriftet Videnskablykkedes at løse denne gåde. De fastslog, at RuBP er dannet i arkæa, ikke fra andre phosphorylerede sukkerarter, som i Calvin-cyklen, men fra et molekyle, der er en elementær bestanddel af RNA og udfører "samtidigt" mange andre funktioner i levende celle – adenosinmonophosphat (AMP). AMP er et ribonukleotid, der som alle ribonukleotider består af en nitrogenbaseret base (i dette tilfælde adenin), sukkerarter (ribose) og en phosphorsyrerest.

Syntese af RuBP fra AMP forekommer i to trin. For det første bryder et specielt enzym AMP-molekylet i halvt, adskiller adenin fra ribose og samtidig fastgør en anden (anden) phosphorsyrerest til ribosen. Det resulterende produkt (ribosebisfosfat) omdannes derefter til RuBP (se fig. 2).

Fig. 2. CO fixering2 Archaea (fra artiklen under drøftelse i Videnskab)

Forskere har identificeret enzymgener, der katalyserer alle tre reaktioner vist i figuren, og eksperimentelt viste, at proteinerne kodet af disse gener faktisk udfører disse funktioner. Til dette blev generne transplanteret i en heterotrof bakterie – E. coli. E. coli, hvilket resulterede i fremkomsten af ​​visse nye biokemiske evner.

Undervejs blev en anden nysgerrig omstændighed afsløret. Faktum er, at de fleste geners funktioner i adskillige læse genomer ikke bestemmes eksperimentelt (dvs. ved direkte biokemiske eksperimenter), men indirekte ved ligheden af ​​nukleotidsekvensen af ​​dette gen til de relativt få gener, for hvilke funktionen er etableret eksperimentelt. Så de funktioner, som genererne har ansvaret for de første to af de tre reaktioner, der er vist i figuren, blev tidligere forkert defineret. Den første af dem (i figuren den betegnes som Tk-DeoA) blev tidligere betragtet som thymidinphosphorylase-genet, det andet (Tk-E2b2) var relateret til et af generne involveret i translation (proteinsyntese). Dette tyder på, at biokemiske egenskaber hos mange organismer, "rekonstrueret" på basis af en sammenlignende analyse af genomerne, kansvarer ikke altid til virkeligheden.

Forfatterne bemærker, at kæden af ​​tre reaktioner identificeret af dem (se fig. 2) sandsynligvis vil være en del af en cyklisk proces, under hvilken der især er genoprettelse af lagre af forbrugt AMP. Der er grund til at tro, at denne cyklus er evolutionært ældre end Calvin-cyklen. Det er ikke tilfældigt, at det blev fundet netop i arkæa – organismer, som mange eksperter anser for at være de mest arkaiske former for livet.

Nøgleforskellen mellem "archaeal" -metoden til fastsættelse af CO2 fra Calvins cyklus er den direkte involvering af ribonukleotider (AMP). Denne omstændighed er i god overensstemmelse med teorien om RNA-verden. CO fixering2 – uden tvivl en af ​​de ældste biokemiske processer, som skulle forekomme på et tidspunkt, hvor alle de grundlæggende funktioner i levende organismer blev udført af RNA-molekyler, deres monomerer (ribonucleotider) og deres derivater. Det bør derfor forventes, at fikseringen af ​​CO2 i begyndelsen var nødt til at gå under kontrol og med den aktive deltagelse af disse molekyler (se også bemærkning En ny mekanisme til regulering af genernes arbejde i bakterier, og de referencer, der er citeret i den blev opdaget).

Kilde: Takaaki Sato, Haruyuki Atomi, Tadayuki Imanaka. Archaeal Type III RuBisCOs Funktion i en Sti for AMP Metabolisme // Videnskab. 2007. V. 315, s. 1003-1006.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: