Cientistas do Instituto de Microbiologia da Academia Chinesa de Ciências (IMCAS) relataram recentemente um ciclo de fixação de carbono sintanãtico minimizado. O ciclo contanãm apenas quatro reações bioquímicas e écapaz de condensar duas moléculas de dia³xido de carbono em uma molanãcula de oxalato em cada rodada. O estudo foi publicado na ACS Catalysis .

A crescente concentração de dia³xido de carbono na atmosfera éum dos principais contribuintes para asmudanças climáticas antropogaªnicas, o que tem despertado grande preocupação em todo o mundo. Na natureza, as plantas e os micróbios fixam o dia³xido de carbono por meio de vias de fixação de carbono. Duas vias de fixação de carbono sintanãtico, o ciclo crotonil-CoA / etilmalonil-CoA / hidroxibutiril-CoA (CETCH) e a via anaba³lica do amido artificial (ASAP), também foram relatadas nos últimos anos. No entanto, essas vias geralmente contem reações maºltiplas (principalmente mais de 10 reações).

Geralmente, o grande número de reações pode reduzir a eficiência geral de fixação de carbono da via. Os cientistas então perguntaram: épossí­vel reduzir o número de reações necessa¡rias para um ciclo de fixação de carbono de forma a aumentar a eficiência? e se possí­vel, qual éo número ma­nimo de reações que podem constituir um ciclo funcional de fixação de carbono?

Para responder a essa pergunta, os cientistas do IMCAS projetaram um ciclo minimizado de fixação de carbono sintanãtico com base em ca¡lculos termodina¢micos e cinanãticos de reações enzima¡ticas. Este ciclo sintanãtico contanãm apenas quatro reações e as quatro enzimas envolvidas são piruvato carboxilase (PYC), oxaloacetato acetil-hidrolase (OAH), acetato-CoA ligase (ACS) e piruvato sintase (PFOR), então este ciclo foi denominado piruvato carboxilase / oxaloacetato acetilidrolase / acetato-CoA ligase / piruvato: ciclo da ferredoxina oxidoredutase (POAP).

A reação mais desafiadora no ciclo POAP foi a carboxilação redutiva de PFOR. Normalmente, PFOR catalisa a descarboxilação oxidativa do piruvato. A reação de carboxilação redutiva deve ser conduzida por um doador de elanãtrons de baixo potencial. A ferredoxina foi selecionada como doadora de elanãtrons para esse fim. Entre uma sanãrie de ferredoxinas de baixo potencial testadas, uma ferredoxina de Hydrogenobacter thermophiles foi encontrada para conduzir eficientemente a carboxilação redutiva de PFOR de Clostridium thermocellum. Posteriormente, PYC, OAH e ACS foram selecionados para a construção do ciclo POAP.

Para construir o ciclo POAP, quatro reações foram divididos em duas cascatas, em seguida, as duas cascatas foram montadas em conjunto, e a eficiência de fixação do carbono foram testados sob condições anaera³bias , utilizando 13 NaHCO marcado com C 3 como o substrato. O oxalato marcado com 13 C produzido pelo ciclo POAP foi detectado por cromatografia la­quida-espectrometria de massa. A taxa de fixação de CO 2 do ciclo POAP foi calculada em 8,0 ± 1,8 nmol CO 2 min -1 mg -1 enzimas fixadoras de CO 2 e o número de turnover total foi de 5 mol / mol de enzimas, superando aquele do ciclo CETCH sintanãtico.

O ciclo POAP funciona sob temperatura relativamente alta (50 graus Celsius) e condições anaera³bias, portanto, pode fornecer um novo modelo para a compreensão e investigação da fixação de CO 2 em organismos antigos. O ciclo POAP também fornece um caminho alternativo para a conversão biológica de dia³xido de carbono em produtos químicos aºteis.