Voie de Wood-Ljungdahl

Une molécule de CO₂ est réduite en formiate HCOO⁻ par la formiate déshydrogénase NADP-dépendante (EC 1.2.1.43), qui diffère de la formiate déshydrogénase (EC 1.2.1.2) par l'utilisation du cofacteur NADPH. Cette enzyme est une sélénoprotéine, qui contient de la sélénocystéine ainsi que du tungstène :

CO₂ + NADPH ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ NADP⁺ + HCOO⁻

Le formiate est ensuite condensé sur une molécule de tétrahydrofolate sous l'action de la formiate-tétrahydrofolate ligase (EC 6.3.4.3) pour former du 10-formyltétrahydrofolate avec hydrolyse concomitante d'une molécule d'ATP en ADP et P_i :

Tétrahydrofolate + HCOO⁻ + ATP ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ 10-formyltétrahydrofolate + ADP + P_i.

Le 10-formyltétrahydrofolate subit alors une série de réactions qui le convertissent en 5-méthyltétrahydrofolate via le 5,10-méthylènetétrahydrofolate, réactions au cours de laquelle le groupe formyle –CHO est réduit en groupe méthyle –CH₃, lequel est ensuite transféré par une méthyltransférase à l'atome de cobalt d'une méthylcobalamine jouant le rôle de cofacteur d'une protéine fer-soufre à corrinoïde[7] (CFeSP). Cette protéine se lie ensuite à l'acétyl-CoA synthase, ce qui lui permet de fournir le groupe méthyle de la condensation à suivre.

La seconde molécule de CO₂ est réduite en monoxyde de carbone CO par la CO déshydrogénase (CODH, EC 1.2.99.2), qui demeure liée à l'acétyl-CoA synthase :

CO₂ + AH₂ ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ CO + H₂O + A,

où A représente un accepteur d'électrons. Cette enzyme peut former un complexe membranaire avec l'hydrogénase, ou hydrogène lyase (EC 1.12.99.6), qui catalyse quant à elle la réaction :

H₂ + A ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ AH₂, A représentant un accepteur d'électrons.

Ces deux enzymes, qui sont des protéines fer-soufre contenant du nickel, permettent, lorsqu'elles fonctionnent ensemble, de réduire le CO₂ en CO en utilisant directement l'hydrogène H₂ du milieu environnant. Les microorganismes qui se développent en présence de CO peuvent fixer ce dernier directement sans devoir préalablement réduire de CO₂ par la CODH pour le former.

Enfin, l'acétyl-CoA synthase (EC 2.3.1.169) produit de l'acétyl-CoA à partir (1) du groupe méthyle –CH₃ fourni par la protéine à corrinoïde au cours de la branche du méthyle, (2) du monoxyde de carbone C≡O formé si besoin par la CODH qui fournit le groupe carbonyle >C=O, et (3) de la coenzyme A :

[CH₃] + [CO] + CoA–SH → CoA–S–CO–CH₃.

(de) Voie de Wood-Ljungdahl chez les archées illustrant les différences avec celle observée chez les bactéries, notamment l'utilisateur de méthanofurane (MFT), de tétrahydrométhanoptérine (H₄MPT et de coenzyme F₄₂₀ par la branche du méthyle.

La voie de Wood-Ljungdahl est essentiellement semblable chez les archées à celle qu'on trouve chez les bactéries, hormis quelques différences détaillées ci-dessous.

Ainsi, le cofacteur de la branche du méthyle diffère entre bactéries et archées : là où les premières utilisent le THF, les secondes en utilisent deux : le méthanofurane (MFR) est tout d'abord formylé en formylméthanofurane (formyl-MFR) avec oxydation d'une ferrédoxine, puis le formyl-MFR cède son groupe formyle à la tétrahydrométhanoptérine (THMPT) pour donner de la formyltétrahydrométhanoptérine (formyl-THMPT), laquelle est réduite en méthyltétrahydrométhanoptérine (méthyl-THMPT) par une séquence de réactions semblable à celle observée chez les bactéries, les électrons provenant de la coenzyme F₄₂₀.

La branche du carbonyle des archées utilise une ferrédoxine pour réduire le CO₂ en CO, tout comme la branche du méthyle lors de la formylation du méthanofurane.