Научная статья на тему 'Метаболический дизайн и биомиметический катализ архаического хемоавтотрофного цикла фиксации CO2'

Метаболический дизайн и биомиметический катализ архаического хемоавтотрофного цикла фиксации CO2 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
84
14
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ХЕМОАВТОТРОФНАЯ ФИКСАЦИЯ СО2 / CHEMOAUTOTROPHIC CO2 FIXATION / АВТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ / AUTOCATALYTIC CYCLES / ХИМИЧЕСКИЙ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР / CHEMICAL NATURAL SELECTION / УГЛЕВОДОРОДЫ / HYDROCARBONS / БИОМИМЕТИЧЕСКИЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ КАТАЛИЗ / BIOMIMETIC MINERAL CATALYSIS / ХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ / CHEMICAL POTENTIALS / АЛКИЛТИОЭФИРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ / ORGANIC ACID ALKYLTHIOETHERS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Маракушев Сергей Алексеевич, Белоногова Ольга Васильевна

На основе современных метаболических путей филогенетически древних Bacteria и Archaea предложен новый биомиметический дизайн архаической хемоавтотрофной фиксации СО2 (CO2 archaic fixation CAF). Конкуренция между архаическими циклами фиксации СО2 в составе CAF-цикла должна обусловливать естественный химический отбор циклов в гидротермальных условиях древней Земли. Рассмотрены физико-химические условия формирования активированных тиоэфиров типа CH3CO~SCH3 (аналоги ацетил-коэнзима А), активирующих интермедиаты циклов фиксации СО2.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Метаболический дизайн и биомиметический катализ архаического хемоавтотрофного цикла фиксации CO2»

УДК 550.41:577.37: 553.492: 576.8

МЕТАБОЛИЧЕСКИМ ДИЗАИН И БИОМИМЕТИЧЕСКИИ КАТАЛИЗ АРХАИЧЕСКОГО ХЕМОАВТОТРОФНОГО ЦИКЛА ФИКСАЦИИ CO2

С.А. Маракушев, О.В. Белоногова

(Институт проблем химической физики РАН, 142432 Московская область, г. Черноголовка; e-mail: [email protected])

На основе современных метаболических путей филогенетически древних Bacteria и Archaea предложен новый биомиметический дизайн архаической хемоавтотрофной фиксации СО2 (CO2 archaic fixation - CAF). Конкуренция между архаическими циклами фиксации СО2 в составе CAF-цикла должна обусловливать естественный химический отбор циклов в гидротермальных условиях древней Земли. Рассмотрены физико-химические условия формирования активированных тиоэфиров типа CH3CO~SCH3 (аналоги ацетил-коэнзима А), активирующих интермедиаты циклов фиксации СО2.

Ключевые слова: хемоавтотрофная фиксация С02, автокаталитические циклы, химический естественный отбор, углеводороды, биомиметический минеральный катализ, химический потенциал, алкилтиоэфиры органических кислот.

Существуют четыре главных пути фиксации двуокиси углерода: цикл Кальвина-Бенсона-Бассама (КББ) (восстановительный пентозофосфатный цикл), восстановительный цитратный (ВЦ) цикл (цикл Ар-нона), 3-гидроксипропионатный (3-ГП) цикл и восстановительный ацетил-коэнзим А (АКА) путь (путь Вуда-Люнгдала). В последнее время в архейском субдомене Сгепагскаео(а выявлены еще два пути -3-гидроксипропионатный/4-гидроксибутиратный (3-ГП/4-ГБ)-цикл, являющийся аналогом 3-ГП-цикла, и восстановительный дикарбоксилатный/4-гидрокси-бутиратный (ВД/4-ГБ) цикл [1-4]. Энергетически затратный КББ-цикл, встречающийся только в бактериях и эукариотах, и АКА-путь осуществляют фракционирование стабильных изотопов углерода с высокими значениями 513С, что свидетельствует об их более высоком эволюционном развитии и в данной работе не рассматриваются. Согласно теории хемоавтотрофного происхождения архаического метаболизма [5-8], мы предложили модель зарождения и самоорганизации архаической хемоавтотрофной системы фиксации С02 в виде сопряженных между собой циклов (ВЦ и 3-ГП) в парагенезисе с углеводородами как источниками углерода для интермедиатов цикла в гидротермальном геохимическом окружении древней Земли [9, 10].

Биомиметический архаический комбинаторный

цикл

Циклы 3-ГП/4-ГБ и ВД/4-ГБ совместно с циклами ВЦ и 3-ГП представляют собой автокаталитическую систему реакционных путей, комбинация частей кото-

рых создает конкретные автотрофные системы фиксации СО2 (НСО3 ) в экстремофильных прокариотах, сокращенная схема которых, согласно [2], с добавлением всех реакций фиксации СО2 в циклах представлена на рис. 1. При комбинации метаболических элементов этой конструкции происходит формирование различных метаболических циклов: I + IV создает 3-ГП/4-ГБ, I + V - 3-ГП, II + VI - ВЦ и III + IV -ВД/4-ГБ-циклы.

Комбинация I + IV I + V II + VI III + IV

путей

Цикл 3-ГП/4-ГБ 3-ГП ВЦ ВД/4-ГБ

В принципе, возможны и другие комбинации этих шести специфических путей (I, II, III, VI, V, VI), что следует из диверсификации, наблюдаемой в других архейских метаболических путях трансформации соединений углерода [11]. Очевидно, что наиболее эффективна комбинация III и VI путей с ассимиляцией трех молекул СО2 и одной молекулы НСО3 , представляющая собой ВЦ-цикл, дополненный этапами карбоксилирования ацетил-СоА до пирувата и фосфо-енолпирувата до оксалоацетата, биомиметическая модель которого рассмотрена нами в работах [9, 10]. Важнейшая особенность стратегии развития этих четырех хемолитотрофных путей ассимиляции неорганического углерода - трансформация сукцинил-СоА в ацетил-СоА, и наоборот. Циклы 3-ГП и 3-ГП/4-ГБ абсолютно тождественны на важнейших этапах кар-боксилирования ацетил-СоА и пропионил-СоА

(рис. 1), осуществляемого универсальным ферментом ацетил-СоА-пропионил СоА карбоксилазой. Как следует из рис. 1, только в цикле ВЦ происходит кар-боксилирование сукцинил-СоА, тогда как в остальных трех циклах осуществляется карбоксилирование аце-тил-СоА, что обусловливает принципиальное различие этих систем. Рассматривая составы этих четырех метаболических путей как термодинамическую систему С-Н-О и учитывая описанные выше последние биохимические данные, можно представить (рис. 2) усовершенствованную обобщенную гипотетическую схему архаической фиксации СО2 (СО2 archaic fixation cycle - CAF-цикл). Для упрощения в эту схему не включены стадии последовательной изомеризации (изоцитрат-аконитат-цитрат (ВЦ-цикл), метилма-лонат-сукцинат (3-ГП-цикл) и метил мал онат-4-гидро-ксибутират-кротонат-3-гидроксибутират-ацетоацетат (3-ГП/4-ГБ- и ВД/4-ГБ-циклы)), представляющие собой последние ступени регенерации циклов. Поэтому путь регенерации, приводящий к удвоению архаических циклов 3-ГП/4-ГБ и ВД/4-ГБ, представлен реак-

цией (СН2)2(СООН)2 (сукцинат) + Н2 = СН3СОСН-2СООН (ацетоацетат) + Н2О = 2СН3СООН (ацетат). Цикл ВД/4-ГБ имеет общее с ВЦ-циклом звено (ок-салоацетат ^ малат ^ фумарат ^ сукцинатное) с одинаковой последовательностью реакций. В 3-ГП-цикле последовательность реакций противоположна (сукцинат ^ фумарат ^ малат). В результате фиксации двух молекул СО2 один оборот циклов ВЦ, 3-ГП/4-ГБ и ВД/4-ГБ приводит к образованию одной молекулы ацетата, а оборот 3-ГП-цикла - к молекуле глиоксилата. Таким образом, СЛБ-цикл, развиваясь в восстановительном направлении, приводит к удвоению компонентов цикла из абиогенного СО2 и электронов (Н2), и это свойство определяет цикл как автокаталитическую сеть [6, 7]. Эти комбинированные восстановительные циклы проявляются на уровне биосинтетической автокаталитической сети, являющейся самоподдерживающимся устойчивым к внешним воздействиям механизмом для синтеза всех биохимических предшественников. Ядро цикла (СН)2(СООН)2 + Н2 = (СН2)2(СООН)2- является «редокс-переключате-

CoAS

HCO3"+ATP \ >—CH3 .

ШЬ^ s^O Acetyl"CoA_

Acetyl-CoA Glyoxylate Oxaloacetate

VI t » \

OH

OH

Methylmalonyl-CoA

OH

OH ■Oxoglutarate

SCoA co2

O Succinyl-CoA

Рис. 1. Общая модифицированная схема, по данным [2], представляющая возможные варианты развития четырех хемоавтотрофных путей фиксации СО2 (восстановительный цитратный (ВЦ), 3-Гидроксипропионатный (3-ГП), 3-Гид-роксипропионатный/4-гидроксибутирашый (3-ГП/4-ГБ) и восстановительный дикарбоксилатный/4-гидроксибутират-ный (ВД/4-ГБ) циклы). Римскими цифрами обозначены последовательности реакций циклов, комбинацией которых создаются полные циклы фиксации СО2. Пунктирными линиями обозначены продукты СО2 фиксации, высвобождаемые этими циклами. Цифрами в квадратах обозначаются конкретные реакции карбоксилирования, осуществляемые ферментами: 1. Ацетил-СоА/Пропионил-СоА карбоксилаза (ЕС: 6.3.4.15 2.7.1.33); 2. Пируват синтаза (ЕС: 1.2.7.1); 3. Фосфоенолпируват карбоксилаза (ЕС: 4.1.1.31); 4. 2-Оксоглутарат: ферредоксин оксидоредуктаза (ЕС: 1.2.7.3); 5. Изоцитрат дегидрогеназа (ЕС: 1.1.1.42). Пустая стрелка от оксалоацетата до сукцинил-СоА обозначает общую последовательность реакций малат ^ фумарат ^ сукцинат для ВЦ- и ВД/4-ГБ-циклов. Пустая стрелка от сукцинил-СоА до малил-СоА обозначает обратную последовательность реакций сукцинат ^ фумарат ^ малат

лем», отвечающим определенным редокс-условиям гидротермального окружения и определяющим выбор направления потока электронов. В зависимости от величины химического потенциала водорода реакции в СЛБ-цикле пойдут в направлении циклов 3-ГП или ВЦ (ВД/4-ГБ), а конкуренция между ними создает устойчивость всего СДБ-цикла к изменению редокс-условий в гидротермальной системе и возможности его дальнейшего развития. Ацетат и сукцинат - центральные анаплеротические интермедиаты всех четырех архаических хемоавтотрофных циклов (рис. 2), вступающие в реакции фиксации СО2. Ацетат карбоксилиру-ется с образованием малоната (циклы 3-ГП, 3-ГП/4-ГБ) и пирувата (цикл ВД/4-ГБ), а сукцинат - с образованием 2-оксоглутарата (ВЦ-цикл). Очевидно, что увеличение концентрации субстратов этих реакций в результате окисления углеводородных гидротермальных флюидов будет сдвигать равновесие этих реакций вправо, приводя к внедрению атома углерода в состав молекул сукцината и ацетата. Эти реакции фиксации СО2 как инициирующие запускают автокаталитические циклы. Конкуренция между архаическими хемоавтотрофными циклами в составе СДБ-цикла

в различных физико-химических условиях древней Земли должна была приводить к химическому естественному отбору.

Энергетика СЛЕ-цикла

В представленной биомиметически построенной системе восстановительный потенциал обеспечивается реакциями с молекулярным водородом. В современных метаболических системах водород переносится не прямым образом, а при участии гидрид-переносчиков, подобно НАДН*, а на первых стадиях происхождения жизни перенос водорода мог осуществляться прямым переносом или посредством таких гидрид-переносчиков, как тиолы или хиноны. Независимо от способа водородного переноса его энергия и направление определяются двухэлектронным восстановительным потенциалом пар компонентов СДБ-цик-ла. Значения свободной энергии Гиббса ключевых реакций СЛБ-цикла в стандартных условиях (Р = 1 бар, Т = 298 К) приведены в таблице.

В гидротермальных системах отсутствие ферментов в СЛБ-цикле компенсируется каталитическим паргенезисом минералов [15], в ряде случаев биоми-

Рис. 2. Предлагаемая схема архаической хемоавтотрофной фиксации СО2 (СЛЕ-цикл), рассматриваемая как термодинамическая система С-Н-О, биомиметически моделирующая все четыре, представленные на рис. 1, циклы. Вместо бикарбонат иона приведены молекулы СО2. Пунктирные линии обозначают продукт, высвобождающийся после одного оборота цикла; метаболиты, завершающие циклы, обведены: малат распадается на ацетат и глиоксилат (3-ГП-цикл), цитрат - на оксалоацетат и ацетат (ВЦ-цикл), ацетоацетат + Н2О - на два ацетата (циклы 3-ГП/4-ГБ и ВД/4-ГБ)

* Никотинамидадениндинуклеотид.

Свободные энергии Гиббса реакций циклов ВЦ, ВД/4-ГБ, 3-ГП и 3-ГП/4-ГБ (рис. 2) в водных растворах по константам, приведенным в работах [12-14]. Жирным шрифтом выделены реакции распада циклов,

жирным курсивом - суммарные реакции циклов

Ключевые реакции архаических ВЦ + ВД/4-ГБ-циклов ДО°298, кДж/моль

СН3 СООН(ацетат) + СО2 +Н2 = СН3(СО)СООН(пируват) +Н2О 25,96

СН3(СО)СООН(пируват) + СО2 +Н2 = СН2СО(СООН)2(оксалоацетат) -217,88

СН2СО(СООН)2(оксалоацетат) + Н2 = СН2СН(ОН)(СООН)2(малат) -65,23

СН2СН(ОН)(СООН)2(малат) = (СН)2(СООН)2(фумарат) + Н2О 3,49

(СН)2(СООН)2(фумарат) + Н2 = (СН2)2(СООН)2(сукцинат) -106,4

(СН2)2(СООН)2(сукцинат) + СО2 +Н2 = (СН2)2СО(СООН)2(2-оксоглутарат)+ Н2О 23,74

(СН2)2СО(СООН)2(2-оксоглутарат)+ СО2 +Н2 = (СН2)2С(ОН)(СООН)3(цитрат) -27,59

(СН2)2С(ОН)(СООН)3(цитрат)= СН2СО(СООН)2(оксалоацетат) + СН3СООН(ацетат) 2,61

2С02 + 4Н2= СН3 СООИ(ацетат) + 2Н20 -169,38

Ключевые реакции архаических 3-ГП + 3-ГП/4-ГБ-циклов ДО°298, кДж/моль

СН3СООН(ацетат) + СО2 = СН2(СООН)2 (малонат) 48,11

СН2(СООН)2(малонат) + 3Н2 = СН3 СН2 СООН(пропионат) + 2Н2О -184,09

СН3СН2СООН(пропионат) + СО2 = (СН2)2(СООН)2(сукцинат) 32,60

(СН2)2(СООН)2(сукцинат) = (СН)2(СООН)2(фумарат) +Н2 106,40

(СН)2(СООН)2(фумарат) + Н2О = СН2СН(ОН)(СООН)2(малат) -3,49

СН2СН(ОН)(СООН)2 (малат) = СН3СООН(ацетат) + ОСН-СООН (глиоксилат) 14,51

2С02 + 2Н2 = ОСНСООН(глоксилат) + Н20 14,04

2С02 + 4Н2 = СН3 СООН(ацетат) + 2Н2О -169,38

метически сходным с железо-серными кластерами некоторых ферментов современных путей фиксации (фумарат-редуктаза, СО-дегидрогеназа и др.). Такие минеральные темплат-подобные структуры способны адсорбировать реагенты и таким образом уменьшать энтропийный фактор химических реакций. На рис. 3 приведена диаграмма химических потенциалов кислорода и сероводорода, на которой показаны области термодинамической устойчивости (фации) минералов молибдена, вольфрама, ванадия, никеля и железа в газовой фазе при 500°С. Все моновариантные равновесия являются окислительно-восстановительными буферами, определяющими редокс-обстановку окружающей среды. Так молибденовые и вольфрамовые

равновесия соответствуют восстановительным условиям, тогда как ванадиевое равновесие

2У2О4 = 2У2О3 + О2,

как и область устойчивости метастабильного грейги-та (рис. 3, Ре384, пунктирные линии), определяют высоко окислительные условия.

Основной реакцией инициации фиксации СО2 считается реакция синтеза тиоэфира ацетата (аналога ацетил-СоА) из СО и Н28 в геохимическом гидротермальном окружении [17]. В экспериментах, моделирующих реакции восстановительных путей при высоких гидротермальных температурах, показано, что водная суспензия соосажденных N18 и Бе8 транс-

■175 -150 -125 -100

МН8, кДж-моль-1

Рис. 3. Фазовая диаграмма, показывающая стабильность минералов молибдена, вольфрама, ванадия, железа и никеля, как функция химических потенциалов кислорода и сероводорода при температуре 500°С и давлении 1 атм ( по константам [16]). Точки представляют собой нонвариантные равновесия, тогда как линии - моновариантные равновесия, разделяющие дивариантные поля устойчивости минералов. Бе0 - вюстит, Бе203 - гематит, Бе304 - магнетит, Бе82 - пирит, Бе8 - пирротин, Бе384 - грейгит, N10 - бунзенит, N18 - миллерит, М382 - хэзлвудит, У203 - карелионит, У204 - тетраокись диванадия, Мо02 - двуокись молибдена, Мо82 - молибденит, W02 -

двуокись вольфрама, WS2 - тугстенит

формирует СО и СН38Н в активированный тиоэфир СН3С0~8СН3 [18]. Тем не менее, по нашему мнению, существует более обоснованный путь образования активированных тиоэфиров органических кислот.

На рис. 4 приведена фазовая диаграмма химических потенциалов кислорода и сероводорода, демонстрирующая трансформацию углеводородов в алкил-тиолы и тиоацетат. В отличие от монооксида углерода, углеводороды, как и молекулярный водород, являются более типичными представителями щелочных гидротермальных глубоководных источников [21, 22], создаваемых щелочным уклоном магматизма [23]. На диаграмме С-О-Н-8 показано (рис. 4), что алкены (этилен) трансформируются в алкилтиолы по реакциям пС2Н4 + Н28 = С2пН2п+18Н, и эта фация алкилтиолов коррелирует с фацией пирротина (Бе8), миллерита (N18) и хезлвудита (№382) (см. рис. 3). Фация ацетилтиола в парагенезисе с этаном образуется при более высоком окислительном потенциале и соответствует фации №382 и Бе82 (пирит). Образование активированных тиоэфиров типа СН3С0~8СН3 в связи с отсутствием для них доступных термодинамических констант невозможно представить на этой диаграмме. Однако, согласно

принципу диаграмм химических потенциалов, фация метилового тиоэфира ацетата (СН3С0~8СН3) относительно фации ацетилтиола располагается при более низких значениях химических потенциалов О2 и Н28 (рис. 5) и будет находиться в фациях низковалентных сульфидов никеля и железа (см. рис. 3, 4). Таким образом, в сульфидных вулканических источниках полностью решается проблема образования тиоэфиров органических кислот и частично проблема энергетики цикла. Дополнительными источниками энергии могут являться реакции гидролиза мак-роэргических связей пирофосфата ДО'0 = -20 кДж моль-1 [24] или ацетил фосфата ДОг0 = -43 кДж моль-1 [8], сопряженные с реакциями циклов.

Таким образом, важнейшими реакциями, связывающими линейные реакции в каталитические циклы, являются:

Н00С-СН2-С(0Н)(С00Н) -СН2-С0~8СН3 (метиловый тиоэфир цитрата) ^ Н00С-С0-СН2 -С0~8СН3 (метиловый тиоэфир оксалоацетата) + СН3СООН (ацетат) - ВЦ-цикл;

Н00С-СН2-СН(0Н) -СО~8-СН3 (метиловый тиоэфир малата) ^ СН3-С0~8СН3 (метиловый тиоэфир ацетата) + 0СН-С00Н (глиоксилат) - 3-ГП-цикл;

Рис. 4. Фазовая диаграмма С-Н-О-8 системы как функция химических потенциалов кислорода и сероводорода при 500°С (по константам [19, 20]), демонстрирующая газофазную трансформацию углеводородов (этилен, этан) в алкилтиолы, ацетат и тиоацетат. Пунктирными линиями нанесена система Ре-И-О-8 (обозначения на рис. 3)

Рис. 5. Фации метилтиола (СН38Н), тиоацетата (СН3СО8Н) и макроэргического тиоэфира СН3СО~8СН3 в фазовом пространстве химических потенциалов кислорода (цО ) и сероводорода (цН 8)

СН3-СО-СН2-СО~8СН3 (метиловый тиоэфир аце- Метиловые тиоэфиры оксалоацетата и ацетата

тоацетата) +Н2О ^ СН3-СО~8СН3 (метиловый тио- являются катализаторами, способствующими образо-

эфир ацетата) + СН3СООН (ацетат) - циклы 3-ГП/ ванию интермедиатов СЛБ-цикла (см. рис. 2). Эта

4ГБ и ВД/4-ГБ. каталитическая квазистационарная система (согласно

[25]) превращается в автокаталитическую, если продукты реакций становятся или катализаторами или каталитическими интермедиатами. Когда продукты синтезируемого из углеводородов анаплеротического материала для циклов (ацетат и сукцинат, согласно

[10]) находятся в избытке, все компоненты этих автокаталитических систем развиваются экспоненциально, что вычленяет рассматриваемую автокаталитическую систему из окружающей среды и приводит к ее автономности.

Paбoтa вышлнена при финaнcoвoй шддержке Президиума PAH (пpoгpaммa фундаментальных ^a^o-вапий № 24, пoдпpoгpaммa 1: «Пpoиcxoждeниe биocфepы и эвoлюция гeo-биoлoгичecкиx систем»).

CnHCOK .THTEPATyPbl

1. Berg I.A., Kockelkorn D, Buckel W., Fuchs G. // Science. 2007. 318, P. 1782.

2. Huber H., GallenbergerM., Jahn U. et.al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. 105. P.7851.

3. Teufel, R., Kung, J. W, Kockelkorn, D. et.al. // J.Bacteriol. 2009. 191. N 14. P. 4572.

4. Ramos-Vera H. W, Berg I.A., Fuchs G. // J. Bacteriol. 2009. 191. N 13. P. 4286.

5. Wachtershauser G. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1990. 87. P. 200.

6.MorowitzH.G. // Complexity. 1999. 4. N 6. P. 39.

7. Smith E, Morowitz H.G. // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2004. 101. N 36. P. 13168.

8. Martin W, RussellM.J. // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. 2007. 362. P. 1887.

9.Mapaxyrnee C.A. // £,OK^aäbi PAH. 2008. 418. № 3. C. 412.

10. MarakushevS. A., Belonogova O. V. // J. Theoret. Biol. 2009. 257. P. 588.

11. Verhees C.H., Kengen S.W.M., Tuininga J. E., et.al. // Biochem. J. 2003. 375. P. 231.

12. Miller S., Smith-Magowan D. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1990. 19. N 4. P. 1049.

13. Mavrovouniotis M. L. // J. Biol. Chem. 1991. 266. N 22. P. 14440.

14. Amend, J.P., Shock, E.L. // FEMS Microbiol. Rev. 2001. 25. P. 175.

15. Cody G.D., Boctor N.Z., Brandes J.A. et al. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. 68. P. 2185.

16. Robie R.A., Hemingway B.S. Thermodynamic Properties Substances at 298.15 K and 1 Bar (105 Pascals) Pressure and Higher Temperatures. US Geological Survey Bulletin. 1995.Washington.

17. Heinen W., LauwersA. M. // Orig. Life Evol. Biosph. 1996. 26. P. 131.

18. Huber C, Wachtershauser G. // Science. 1997. 276. P. 245.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

19. Stull D.R., Westram E.F., Sinke G.C. The chemical thermodynamics of organic compounds. N.Y.; L., Sydney, Toronto, 1969.

20. Карапетъянц M.X., Карапетъянц МЛ. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. М., 1968.

21. Proskurowski G., Lilley M.D., Seewald J.S. et al. // Science.

2008. 319. P. 604.

22. Konn C., Charlou J.L., Donval J.P. et al. // Chemical Geology.

2009. 258. P. 299.

23. Marakushev A.A., Marakushev S.A. // Lithol. Miner. Res. 2008. 43. C. 454.

24. Baltscheffsky H. Chemical Evolution and the Origin of Life. Amsterdam, 1971. P. 466.

25. Lindahl P.A. // Orig. Life Evol. Biosph. 2004. 34. P. 371.

Поступила в редакцию 20.01.10

METABOLIC DESIGN AND BIOMIMETIC CATALYSIS OF ARCHAIC CHEMOAUTOTROPHIC CO2 FIXATION CYCLE

S.A. Marakushev, O.V. Belonogova

(Institute of problem of chemical physics RAS, Chernogolovka, Moscow region)

On the base of Bacteria and Archaea contemporary metabolic pathways, which have an ancient phylogenetic roots, a new biomimetic design of archaic autocatalytic chemoautotrophic cycle of CO2 fixation (CAF cycle) was proposed. The competition between archaic chemoautotrophic cycles inside of CAF cycle should lead to chemical natural selection of cycles in hydrothermal conditions of the ancient Earth. Physical and chemical conditions of formation activated thioesters of CH3CO~SCH3 type (analogues acetyl-coenzyme A), activating of assimilation C02 fixation cycles intermediates are considered.

Key words: chemoautotrophic CO2 fixation, autocatalytic cycles, chemical natural selection, hydrocarbons, biomimetic mineral catalysis, chemical potentials, organic acid alkylthioethers.

Сведения об авторах: Маракушев Сергей Алексеевич - вед. науч. сотр. лаб. радиоспектрометрии макромолекул Института проблем химической физики РАН, докт. биол. наук ([email protected]); Белоногова Ольга Васильевна - науч. сотр. лаб. радио спектрометрии макромолекул Института проблем химической физики РАН, канд. хим. наук ([email protected]).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.