Reverzní Krebsův cyklus , také známý jako reverzní cyklus trikarboxylové kyseliny nebo Arnonův cyklus, je sled chemických reakcí , které některé bakterie používají k syntéze organických sloučenin z oxidu uhličitého a vody.
Ve skutečnosti se jedná o obrácený cyklus trikarboxylových kyselin (CTC, Krebsův cyklus): kde se v Krebsově cyklu organické látky ve formě cukrů oxidují na CO 2 a vodu, reverzní cyklus využívá CO 2 a vodu k syntéze nových sloučenin. Cyklus využívají k syntéze organických látek anaerobní zelené sirné bakterie a aeroby rodu Hydrogenobacter a jako donor elektronů působí vodík , sulfid nebo thiosíran [1] [2] . Cyklus byl také nalezen v archaea Pyrobaculum islandicum [3] . Pozoruhodně se ukázalo, že stejný druh má jak redukční, tak oxidační TCA: Thermoproteus tenax , Desulfobacter hydrogenophilus a Pyrobaculum islandicum [4] [5] [6] .
Existují zprávy, že cyklus může být přítomen v eukaryotickém organismu Chlamydomonas reinhardtii , ale analýza genomu jeho přítomnost nepotvrdila. V tuto chvíli neexistují žádné spolehlivé informace o přítomnosti Arnonova cyklu v eukaryotických organismech [3] .
Tento cyklus objevili v roce 1966 Evans, Buchanan a Arnon [ 1 ] .
Předpokládá se, že tři reakce Krebsova cyklu jsou nevratné, což znamená, že v Arnonově cyklu musí být tyto reakce provedeny jinými enzymy , aby byl cyklus reverzibilní: například sukcinátdehydrogenáza je nahrazena fumarátreduktázou, NAD + -dependentní a-ketoglutarátdehydrogenáza je nahrazena ferredoxin-dependentní a-ketoglutarátsyntázou a citrátsyntáza na ATP-citrátlyázu. Tyto tři enzymy jsou obecně považovány za charakteristické pro tento cyklus [6] .
Většina bakterií, které tento cyklus využívají, jsou mezofilové , avšak členové kmene Aquificae rostou při teplotách 70°C a vyšších ( Aquifex aeolicus až 95°C). Za takových podmínek se tepelně nestabilní sukcinyl-CoA rozkládá na sukcinát a koenzym A , což je doprovázeno ztrátou energie a znemožňuje jeho další využití v cyklu. Aquificae (jak je ukázáno v Hydrogenobacter thermophilus [6] ) řeší tento problém vynaložením dalšího ATP na přeměnu α-ketoglutarátu na isocitrát kombinovaným působením biotin -dependentní α-ketoglutarátkarboxylázy a nedekarboxylující isocitrátdehydrogenázy. proces nevratný při zvýšených teplotách [6] .
U některých druhů může mít hlavní cyklostezka určité rozdíly. Namísto ATP-citrát lyázy tedy může být štěpení citrátu provedeno dvěma dalšími enzymy: citryl-CoA syntázou a citryl-CoA lyázou . Oba tyto enzymy jsou však fylogeneticky blízké ATP-citrát lyáze. Byly nalezeny u členů Aquificaceae (ale ne v jiných Aquificae ). Navíc některé proteobakterie (např. Magnetococcus sp. kmen MC-1) pravděpodobně mají nový typ ATP citrát lyázy [6] .
Na konci cyklu klíčový enzym ATP cyklu, citrátlyáza, štěpí citrát na oxaloacetát a acetyl-CoA za použití energie samotného ATP. Poté probíhají následující reakce [7] :
Výsledný glyceraldehyd-3-fosfát se používá k syntéze buněčných materiálů. Obecná asimilační rovnice je:
3CO 2 + 2FdH 2 + 2 NADPH H + + FAD H 2 + NAD H H + + 5 ATP → glyceraldehyd-3-fosfátAsimilace oxidu uhličitého přichází s velkým výdejem ATP a redukčních ekvivalentů. Obecně je cyklus považován za anaerobní, protože zahrnuje mnoho enzymů a redukčních činidel (Fe 4 S 4 bakteriální ferredoxiny ), které jsou citlivé na kyslík (u aerobních bakterií byl takový cyklus nalezen pouze u Hydrogenobacter ) [7] .
Tento cyklus je možným kandidátem na reakce, které by mohly na Zemi probíhat za prebiologických podmínek, a z tohoto důvodu je studium tohoto cyklu zajímavé pro pochopení původu života. Je důležité, aby tento cyklus byl autokatalytický: v něm, na rozdíl od oxidačního cyklu TCA , v důsledku jedné otáčky cyklu množství reaktantů, včetně akceptorů CO2 , spíše narůstá než klesá, jako v Krebsově cyklu. Také bylo prokázáno, že některé reakce mohou být katalyzovány běžnými minerály, konkrétně pět reakcí probíhá za přítomnosti ZnS ( sfaleritu ) na světle [8] .