Reduktiv acetyl-koenzym A omsetningsvei er en serie med biokjemiske trinn hvor anaerobe bakterier og arkebakterier kan binde CO₂ som de deretter bruker til å lage organiske molekyler. Den kalles også Wood-Ljungdahl omsetningsveien og er sannsynligvis den første assimilasjonsveien bakterier i leveområder uten oksygen brukte til å fiksere karbondioksid (CO2).

Faktaboks

Også kjent som

Reduktiv cetyl-CoA vei, reduktiv acetyl-koenzym A metabolismevei, Wood-Ljungdahl omsetningsvei, navn etter den amerikanske biokjemikeren Harland G Wood (1907-1991) og Lars G Ljungdahl.

To molekyler CO2 blir brukt til å laget ett molekyl acetyl-koenzym A (acetyl-CoA) som deretter blir brukt til å lage karbohydrater. Denne måten å assimilere CO2 blir brukt av metanproduserende bakterier (metanogene), sulfatreduserende bakterier, samt acetogene bakterier som omdanner acetyl-CoA til eddiksyre (acetat). Omsetningsveien er ikke syklisk, til forskjell fra calvinsyklus og reduktiv sitronsyresyklus.

Karbonmonoksid (CO) eller maursyre (format) er mellomprodukter i omsetningsveien. CO2 blir brukt som elektronakseptor og blir redusert, mens hydrogen blir brukt som elektrondonor, i en biologisk redoksreaksjon.

2CO2 + 4H2 → CH3COO- + H+ + 2H2O

Reduktiv acetyl-koenzym A omsetningsvei er evolusjonsmessig opprinnelig, den første måten å lage biomasse, med evolusjonshistorie sannsynligvis tilbake til den siste felles opprinnelse for alle celler på Jorden. Muligens også i tilknytning til hydrotermiske undervannskilder.

Biokjemi i reduktiv acetyl-koenzym A omsetningsvei

To enzymer er sentrale i omsetningsveien, acetyl-koenzym A karbonmonoksid dehydrogenase som reduserer karbonmonoksid til en metylgruppe, og acetyl-koenzym A syntase som kobler sammen metylgruppen og karbondioksid og lager acetyl-koenzym A.

Karbonmonoksid dehydrogenase og acetyl-CoA syntase er et enzymkompleks som omdanner CO2 til acetyl-koenzym A i en totrinnsreaksjon sammen med en metyltransferase. Først reduseres CO2 til karbonmonoksid (CO), og fra koenzym-A og en metylgruppe (CH3) bundet til et corrin-jernsvovelprotein blir det laget acetyl-CoA.

CO2 + 2e- + 2H+ ↔ CO + H2O

CO + CH3-corrinoid-FeS-protein + CoA ↔ acetyl-CoA + corrinoid-FeS-protein

Corrinoider inneholder corrin, en ringstruktur satt sammen av fire molekyler pyrrol, et tetrapyrrol. Corrin finnes i kjernen i vitamin B12, i porfyriner i hem i hemoglobin eller i klorofyll.

Et annet enzym som blir anvendt er pyruvat ferredoksin oksidoreduktase som fortar oksidativ dekarboksylering av pyruvat til acetyl-CoA, CO2 og to elektroner brukt til redusere elektrontransportproteinet ferredoksin.

pyruvat + CoASH + 2ferredoksinoksidert ↔ acetyl-CoA + CO2 + 2ferredoksinredusert + 2H+

Enzymet bruker koenzym A (CoASH), vitamin B1(tiamin pyrofosfat) og en jernsvovelklynge [4Fe4S] som frakter elektroner fra og til det det aktive sete på enzymet i en reversibel reaksjon. Pyruvat blir laget i glykolysen og gir en kobling mellom denne og Wood-Ljungdal omsetningsveien. Enzymet virker også motsatt vei og kan fikserere CO2.

Wood-Ljungdahl omsetningsveien er eneste eksempel hvor binding av CO2 er koblet til syntese av ATP. Redusert ferredoksin har lavt midtpunkts redokspotensial (-420 mV) og kan redusere NAD+ til NADH. Analogt til en protongradient kan et Rnf-system lage en gradient av natriumioner (Na+) over cellemembranen til bakteriene. Natriumgradienten virker som en natriumdrivende kraft brukt til å lage ATP katalysert av en Na+-avhengig ATPase. Ferredoksiner er små proteiner hos arkebakterier bakterier og eukaryoter. Ferredoksiner inneholder jernsvovelklynger og deltar i overføring av elektroner i biologiske redoksreaksjoner. I jern-svovelverden hypotesen for utvikling av liv på Jorden kan jern-svovelklyngene i ferredoksin ha sin opprinnelse derfra.

Industriproduksjon av eddiksyre

Wood-Ljungdahl omsetningsveien er den biologiske versjonen av den industrielle Monsantoprosessen for produksjon av eddiksyre. I prosessen blir metanol (CH3OH) og karbonmonoksid (CO) med en rhodiumkatalysator ved høyt trykk og høy temperatur omdannet til eddiksyre (CH3COOH)

CH3OH + CO → CH3COOH

Tilsvarende Cativaprosessen som bruker en iridiumkatalysator.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg