Cyanide as a primordial reductant enables a protometabolic reductive glyoxylate pathway

化学 乙醛酸循环 氰化物 还原消去 组合化学 有机化学 催化作用
作者
Mahipal Yadav,Sunil Pulletikurti,Y. Jayasudhan Reddy,Ramanarayanan Krishnamurthy
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:14 (2): 170-178 被引量:47
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00878-w
摘要

Investigation of prebiotic metabolic pathways is predominantly based on abiotically replicating the reductive citric acid cycle. While attractive from a parsimony point of view, attempts using metal/mineral-mediated reductions have produced complex mixtures with inefficient and uncontrolled reactions. Here we show that cyanide acts as a mild and efficient reducing agent mediating abiotic transformations of tricarboxylic acid intermediates and derivatives. The hydrolysis of the cyanide adducts followed by their decarboxylation enables the reduction of oxaloacetate to malate and of fumarate to succinate, whereas pyruvate and α-ketoglutarate themselves are not reduced. In the presence of glyoxylate, malonate and malononitrile, alternative pathways emerge that bypass the challenging reductive carboxylation steps to produce metabolic intermediates and compounds found in meteorites. These results suggest a simpler prebiotic forerunner of today's metabolism, involving a reductive glyoxylate pathway without oxaloacetate and α-ketoglutarate-implying that the extant metabolic reductive carboxylation chemistries are an evolutionary invention mediated by complex metalloproteins.
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