Methanococcus maripaludis

M. maripaludis utiliza dióxido de carbono y acetato como sustratos para la biosíntesis de aminoácidos . ^{[ 4 ]} Cada uno de estos sustratos puede producir acetil-CoA a través de diversos mecanismos. ^{[ 4 ]} Utilizando dióxido de carbono, M. maripaludis puede generar acetil-CoA a partir de metil-THMPT, un intermediario de la metanogénesis , y monóxido de carbono , producido por la reducción de dióxido de carbono . ^{[ 4 ]} Utilizando acetato, el acetil-CoA se sintetiza a partir de la acetato CoA ligasa formadora de AMP . ^{[ 4 ]} El acetil-CoA actúa entonces como precursor del piruvato , que promueve la metanogénesis y la biosíntesis de alanina . ^{[ 4 ]} El piruvato puede convertirse en L-alanina a través de la alanina deshidrogenasa , que es una reacción reversible . Una vez sintetizada la alanina, puede transportarse al interior del microorganismo a través de la alanina permeasa . ^{[ 4 ]}

M. maripaludis posee una vía de Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) modificada, una vía glucolítica . A diferencia de otros organismos que reducen NAD a NADH en la vía EMP, M. maripaludis reduce ferredoxinas . Además, las proteínas quinasas , responsables de la transferencia de grupos fosfato entre compuestos, dependen exclusivamente de ADP en lugar de ATP. ^{[ 4 ]} Asimismo, M. maripaludis es capaz de sintetizar glucógeno . ^{[ 4 ]} Debido a las actividades observadas experimentalmente de las enzimas involucradas tanto en la dirección catabólica como anabólica de la vía EMP, esta última se utiliza en mayor medida, lo que resulta en la formación de reservas de glucógeno. ^{[ 4 ]}

En M. maripaludis , la principal fuente de carbono para la metanogénesis es el dióxido de carbono, aunque también se utilizan alternativas como el formato. Si bien todos los metanógenos utilizan ciertas coenzimas , cofactores e intermediarios clave para producir metano, M. maripaludis experimenta el ciclo de Wolfe , que convierte el CO₂ _y el hidrógeno gaseoso en metano y H₂O _. [ ^{7 ] M.} maripaludis posee siete hidrogenasas diferentes que permiten el uso de H₂ _como donador de electrones para reducir el CO₂ _. ^{[ 4 ]} Se ha demostrado que algunas cepas y mutantes de M. maripaludis son capaces de metanogénesis en ausencia de hidrógeno gaseoso, aunque esto es poco común. ^{[ 8 ]}

La metanogénesis en M. maripaludis se produce en los siguientes pasos:

1. Reducción de CO ₂ a través de metanofurano y ferredoxinas reducidas ^{[ 9 ]}
2. Oxidación y posterior reducción de la coenzima F420 en presencia de H ₂ ^{[ 10 ] [ 9 ]}
3. Transferencia de un grupo metilo de metil-THMPT a la coenzima M (HS-CoM), impulsando la translocación de 2 Na ⁺ a través de la membrana para fortalecer el gradiente de protones ^{[ 11 ].}
4. Desmetilación de metil-S-CoM para formar metano y generar energía adicional mediante la reducción posterior de subproductos con H ₂ ^{[ 12 ].}

M. maripaludis utiliza tres fuentes de nitrógeno: amoníaco , alanina y dinitrógeno con amoníaco. ^{[ 4 ]} La asimilación de nitrógeno ocurre en la bacteria a través del amoníaco cuando un compuesto de nitrógeno inorgánico se convierte en un compuesto de nitrógeno orgánico. En M. maripaludis , la glutamina sintetasa se utiliza para producir glutamina a partir de glutamato y amoníaco. La glutamina producida se envía posteriormente a la síntesis de proteínas. ^{[ 4 ]}

M. maripaludis utiliza alanina racemasa y alanina permeasa para la captación de alanina. ^{[ 4 ]} Una enzima racemasa se utiliza para convertir la inversión de la estereoquímica dentro de la molécula, mientras que una permeasa es una proteína que cataliza el transporte de una molécula a través de la membrana. ^{[ 13 ]}

_{La fijación de N₂} libre está bien establecida en M. maripaludis. M. maripaludis contiene un complejo multiproteico de nitrógeno que incluye una proteína Fe y una MoFe. ^{[ 4 ]} La ferredoxina se reduce y reduce el Fe oxidado, despojándolo de sus electrones en presencia de N₂ _. La proteína Fe ahora reducida se oxida por ATP, reduciendo la proteína MoFe. ^{[ 4 ]} La proteína MoFe reduce entonces el N₂ _a amoníaco. Este paso reductivo utiliza los electrones de la ferredoxina reducida, lo que requiere grandes cantidades de energía. La fijación de N₂ _es desfavorable en M. maripaludis debido a la alta demanda de energía, por lo que es común que una célula no active esta vía de fijación cuando hay amoníaco y alanina disponibles. ^{[ 4 ]}

La vía de las pentosas fosfato es esencial para que M. maripaludis produzca nucleótidos y ácidos nucleicos . ^{[ 4 ]} M. maripaludis contiene altas actividades de enzimas no oxidativas, pero carece de actividades de enzimas oxidativas. ^{[ 4 ]} No oxidativo significa que las enzimas no tienen la capacidad de combinarse con oxígeno y oxidar. La vía no oxidativa de las pentosas fosfato (NOPPP) está regulada y se utiliza a través de la disponibilidad de sustrato. En M. maripaludis, la ribulosa-5-fosfato se convierte en eritrosa-4-fosfato y fructosa-6-fosfato . ^{[ 4 ]} Cuatro enzimas se utilizan en esta conversión: transcetolasa, ribulosa-fosfato 3-epimerasa, ribosa-5-fosfato isomerasa y translaldolasa. ^{[ 4 ]}

El metabolismo de los nucleótidos por M. maripaludis se comprende bien. Para la biosíntesis de ácidos nucleicos, el metanógeno debe producir pirimidinas , como el uridina trifosfato (UTP) y el citidina trifosfato (CTP), así como purinas como el guanina trifosfato (GTP) y el adenosín trifosfato (ATP). Para sintetizar las pirimidinas, el fosforribosil pirofosfato (PRPP) se combina con bicarbonato, L-glutamina u orotato. Esta combinación sintetiza uridina monofosfato, que luego puede convertirse en uridina trifosfato (UTP). El UMP también funciona como precursor del CTP. ^{[ 4 ]} Para sintetizar las purinas, primero se produce ácido inosínico (IMP) a través de una serie de reacciones, que incluyen la combinación de PRPP con glutamina para formar 5-fosforribosilamina. Esta reacción es catalizada por la PRPP sintetasa. Una vez sintetizado, el IMP puede convertirse en monofosfato de adenosina (AMP) y monofosfato de guanina (GMP). Para sintetizar AMP, el IMP se combina con adenilosuccinato. Para sintetizar GMP, el IMP se convierte en monofosfato de xantina (XMP), que a su vez puede convertirse en GMP. ^{[ 4 ]}

El ciclo del ácido tricarboxílico sirve como vía metabólica central en organismos aerobios . Juega un papel esencial en la producción de energía y la biosíntesis al generar transportadores de electrones como NADH y FAD. ^{[ 14 ]} Esto se realiza mediante la oxidación de acetil-CoA, derivado de varios nutrientes y moléculas de carbono complejas, a CO ₂ y H ₂ O. ^{[ 4 ]}

M. maripaludis , un mesófilo estrictamente anaeróbico , experimenta un ciclo de ácido cítrico reductivo (RTA) incompleto _para reducir CO₂ y H₂O y _sintetizar moléculas de carbono complejas. ^{[ 4 ]} La falta de varios pasos y enzimas esenciales , incluyendo la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa , la citrato sintasa , el aconitato y la isocitrato deshidrogenasa , dificulta la finalización de este ciclo. ^{[ 15 ] [ 4 ]} El piruvato , producido a partir de la glucólisis / gluconeogénesis , es un metabolito inicial en M. maripaludis para el ciclo del ácido tricarboxílico .

Los flagelos de las arqueas contienen estructuras de motilidad procariotas distintivas que son similares a los pili bacterianos de tipo IV (T4P) . Están construidos a partir de proteínas que contienen péptidos señal de clase III que son escindidos por peptidasas señal específicas . También poseen genes homólogos , que codifican una ATPasa , y proteínas de membrana conservadas para el ensamblaje de los apéndices . ^{[ 17 ]} El flagelo de M. maripaludis está compuesto por tres glicoproteínas flagelinas , todas modificadas con un tetrasacárido unido a N. Esto es fundamental para la adhesión continua a superficies , el contacto célula a célula y la locomoción . ^{[ 17 ]} Tanto las estructuras flagelares como las de los pili se utilizan para adherirse a superficies, lo que les permite permanecer en entornos favorables. ^{[ 17 ]}

M. maripaludis abarca un conjunto completo de genes fla con tres genes de flagelina distintos, flaB1, flaB2 y flaB3 , y los ocho genes restantes, incluidos flaC-flaJ . ^{[ 18 ]} Del locus flagelar , hay dos proteínas flagelinas principales necesarias para los filamentos flagelares , flaB1 y flaB2. La exportación de flagelina también requiere dos proteínas específicas, incluidas flaH y flaI . La proteína en forma de gancho en M. maripaludis está fuertemente indicada por la proteína flagelina menor , flaB3 . ^{[ 18 ]} Los flagelos en numerosas arqueas sufren modificaciones postraduccionales , incluida la glicosilación . En consecuencia, estos flagelos exhiben proteínas más grandes que su secuencia genética esperada . ^{[ 18 ]}

De forma similar a los flagelos, las proteínas implicadas en el ensamblaje del pilus de M. maripaludis presentan similitud con los pili bacterianos de tipo IV debido a la presencia de un péptido señal N-terminal y una hélice α hidrofóbica N-terminal prevista . ^{[ 19 ] [ 20 ]} Los dos genes similares a pilina , MMP0236 (epdB) y MMP0237 (epdC) , poseen un péptido señal corto y atípico que termina en una glicina conservada . A este le sigue un segmento hidrofóbico , lo que da lugar a una estructura cuaternaria distintiva y a la formación del pilus . ^{[ 20 ]}