El níquel juega un papel vital en la antigua reacción química.

Se ha sugerido que la vía Wood-Ljungdahl opera a través de intermediarios organometálicos a base de níquel, que es un mecanismo biológico distinto para la fijación de dióxido de carbono y monóxido de carbono. Pero todavía está por determinar cómo se va de un paso al siguiente.

El funcionamiento interno previamente desconocido de la vía Wood-Ljungdahl ha sido descubierto ahora por investigadores de la Fuente de Luz Sincrotrón de Stanford (SSRL) en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC del Departamento de Energía, la Universidad de Michigan, la Universidad Northwestern y la Universidad Carnegie Mellon. El estudio arroja luz sobre una de las reacciones químicas más antiguas de la Tierra.

Antes de este estudio, los científicos sabían que Sendero Wood-Longdal El carbono se genera para los organismos vivos utilizando dióxido de carbono. Luego convierte el dióxido de carbono en monóxido de carbono y un grupo metilo. Más tarde, mediante algo de alquimia, la magia lo fusiona en una forma de carbono que un organismo vivo puede utilizar.

Los científicos han asumido que la vía incluye varios mediadores organometálicos a base de níquel que unen el metal al carbono durante muchos años. Es un complejo de dos proteínas de níquel, hierro y azufre conocidas como CO deshidrogenasa y acetil-CoA sintasa (CODH/ACS), que son las enzimas clave que catalizan la conversión de dióxido de carbono en energía y carbono estructural para construir paredes celulares y proteínas. . Ha recibido especial atención por parte de los investigadores.

La escasez de oxígeno en la atmósfera, como ocurrió en la Tierra primitiva hace 4 mil millones de años, cuando aparecieron por primera vez estas proteínas y esta vía, hace que esta teoría sea difícil de confirmar. Además, la reacción puede dejar de funcionar repentinamente porque las moléculas intermedias suelen ser inestables. La presencia de átomos adicionales de níquel y hierro en CODH dificulta el análisis de ACS, que es el objetivo principal del estudio.

Para superar estas dificultades, los investigadores crearon una forma más activa de la proteína que es solo ACS y no contiene CODH. También utilizaron rayos X en SSRL para estudiar los minerales de la proteína y cómo funcionan dentro de la enzima. El grupo utilizó espectroscopía de rayos X, un método que permite a los científicos examinar la interferencia de la luz absorbida, emitida y luego reflejada por los minerales en un complejo (en este caso, ACS) para identificar los enlaces químicos cambiantes a medida que ocurren las reacciones.

En resumen, los científicos han confirmado su antigua hipótesis.

Ritimukta Sarangi, científica senior de SSRL y autora correspondiente del estudio, dijo: «Lo que encontramos es que hay una parte muy compleja de la química organometálica que ocurre cuando un solo sitio de níquel en la enzima hace todas las cosas divertidas».

«Aprendimos que aunque una enzima contiene un grupo de dos níqueles unidos a cuatro átomos de hierro y azufre, la reacción siempre ocurre en un níquel específico dentro del grupo».

Steve Ragsdale, profesor de la Universidad de Michigan y autor correspondiente del estudio, Él dijo, «Los carbonatos, como el monóxido de carbono, el grupo metilo y el grupo acetilo, están todos relacionados con el níquel, que es el más cercano al hierro y al azufre, y está muy claro que no están relacionados con ninguno de los otros metales».

«También hemos notado que la proteína que contiene níquel sufre cambios significativos en su estructura en cada uno de los estados intermedios. Esto es algo que no formaba parte de nuestra hipótesis original. Pensábamos que la química básica depende del níquel. Pero luego vemos todos estos otros cambios en la proteína, lo cual fue un poco sorprendente.

Se espera que la investigación ayude a comprender mejor muchos procesos naturales e incluso podría mejorarlos. También podría ayudar a desarrollar formas de mitigar el cambio climático y desarrollar la captura de carbono para fabricar materias primas químicas y combustibles.

Referencia de la revista:

1. Muhammad Kahn, Macon J. Abernathy, Seth Wiley y otros. Caracterización de la metilación y los intermedios de N-acetilo en la acetil-CoA sintasa formada durante la fijación anaeróbica de CO y CO. Revista de la Sociedad Química Estadounidense. Identificación digital: 10.1021/jacs.3c01772