JACS: никель был важен для появления первых метаболических реакций на Земле
Изображение: Macon Abernathy / SLAC National Accelerator Laboratory / phys.org
Ученые Национальной ускорительной лаборатории SLAC, Мичиганского университета и других научных учреждений США раскрыли роль никеля в реакциях поглощения углекислого газа примитивными существами, которое происходит в отсутствие кислорода и является наиболее эффективным путем фиксации углерода. Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society (JACS).
Путь Вуда-Льюнгдаля, также известный как восстановительный путь ацетил-КоА — метаболический путь, представляющий собой серию биохимических реакций, протекающих в клетках некоторых анаэробных бактерий и археями-метаногенами для фиксации СO2 и получения энергии. Этот путь позволяет организмам использовать водород в качестве донора электронов и диоксид углерода в качестве акцептора и строительного блока для биосинтеза органических молекул. Таким образом, этот путь был критически важен для развития жизни на Земле, когда в ее атмосфере было мало кислорода.
Предполагалось, что он осуществляется с возникновением промежуточных металлоорганических соединений на основе никеля, которые образуют связи металл-углерод. В частности, формируется комплекс из двух никель-железо-серных белков, называемых СО-дегидрогеназой и ацетил-КоА-синтазой (CODH/ACS), которые являются основными ферментами, катализирующими превращение углекислого газа в энергию и углеродные строительные блоки.
Ученые разработали более активную версию комплекса, содержащую только ACS, и использовали рентгеновскую спектроскопию в SSRL, чтобы определить, какую роль играют содержащиеся в нем металлы. Оказалось, что хотя фермент имеет кластер из двух никелевых атомов, связанных с четырьмя атомами железа и серы, реакция всегда происходит на одном конкретном атоме никеля внутри кластера. Кроме того, никельсодержащий белок претерпевал серьезные изменения в своей структуре в каждом из промежуточных состояний.
Лучшее понимание этих природных процессов и, возможно, их усиление, могут помочь разработать методы смягчения последствий изменения климата и улавливания углерода для производства химического сырья и топлива.
