Tecnologia Científica

Os cientistas projetam e constroem um ciclo minimizado de fixação de carbono sintético
A crescente concentração de dióxido de carbono na atmosfera é um dos principais contribuintes para as mudanças climáticas antropogênicas, o que tem despertado grande preocupação em todo o mundo.
Por Liu Jia - 30/12/2021


O ciclo de POAP sintético. Crédito: IMCAS

Cientistas do Instituto de Microbiologia da Academia Chinesa de Ciências (IMCAS) relataram recentemente um ciclo de fixação de carbono sintético minimizado. O ciclo contém apenas quatro reações bioquímicas e é capaz de condensar duas moléculas de dióxido de carbono em uma molécula de oxalato em cada rodada. O estudo foi publicado na ACS Catalysis .

A crescente concentração de dióxido de carbono na atmosfera é um dos principais contribuintes para as mudanças climáticas antropogênicas, o que tem despertado grande preocupação em todo o mundo. Na natureza, as plantas e os micróbios fixam o dióxido de carbono por meio de vias de fixação de carbono. Duas vias de fixação de carbono sintético, o ciclo crotonil-CoA / etilmalonil-CoA / hidroxibutiril-CoA (CETCH) e a via anabólica do amido artificial (ASAP), também foram relatadas nos últimos anos. No entanto, essas vias geralmente contêm reações múltiplas (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: é possível reduzir o número de reações necessárias para um ciclo de fixação de carbono de forma a aumentar a eficiência? e se possível, qual é o número mínimo 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 sintético com base em cálculos termodinâmicos e cinéticos de reações enzimáticas. Este ciclo sintético contém 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 elétrons de baixo potencial. A ferredoxina foi selecionada como doadora de elétrons para esse fim. Entre uma série 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 anaeróbias , utilizando 13 NaHCO marcado com C 3 como o substrato. O oxalato marcado com 13 C produzido pelo ciclo POAP foi detectado por cromatografia líquida-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 sintético.

O ciclo POAP funciona sob temperatura relativamente alta (50 graus Celsius) e condições anaeróbias, 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 dióxido de carbono em produtos químicos úteis.

 

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