Interested Article - Восстановительный цикл трикарбоновых кислот

Цикл Арнона зелёных серобактерий . 1 — ; 2 — малатдегидрогеназа ; 3 — ; 4 — фумаратредуктаза (донор электрона неизвестен); 5 — ; 6 — ферредоксин -зависимая α-кетоглутаратсинтаза; 7 — ; 8 — ; 9 — ферредоксин-зависимая ; 10 — ; 11 — фосфоенолпируваткарбоксилаза .

Обра́тный цикл Кре́бса , также известный как обра́тный цикл трикарбо́новых кисло́т , или цикл А́рнона — последовательность химических реакций , которую некоторые бактерии используют для синтеза органических соединений из диоксида углерода и воды.

Фактически это обращённый цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл Кребса): там, где в цикле Кребса органические вещества в форме сахаров окисляются до CO ₂ и воды, обратный цикл использует CO ₂ и воду для синтеза новых соединений. Цикл используется анаэробными зелёными серобактериями и аэробами рода для синтеза органических веществ, а водород , сульфид или тиосульфат выступают в качестве донора электронов . Цикл также был обнаружен у археи . Примечательно, что у одного и того же вида было показано наличие как восстановительного, так и окислительного ЦТК: , и .

Поступали сообщения, что цикл может присутствовать у эукариотического организма Chlamydomonas reinhardtii , однако анализ генома не подтвердил его наличие. В настоящий момент нет достоверных сведений о наличии цикла Арнона у эукариотических организмов .

Этот цикл был открыт в 1966 году учёными Эвансом, Бью́кененом и Арноном ( англ. Evans, Buchanan and Arnon ) .

Ферменты

Цикл Арнона. Пунктиром обозначены альтернативные пути реакции.

Считается, что три реакции цикла Кребса необратимы, а значит, в цикле Арнона эти реакции должны осуществляться другими ферментами , чтобы сделать цикл обратимым: так, сукцинатдегидрогеназа заменена на фумаратредуктазу, НАД ⁺ -зависимая α-кетоглутаратдегидрогеназа на ферредоксин-зависимую α-кетоглутаратсинтазу, а цитратсинтаза на АТФ-цитратлиазу. Эти три фермента обычно считаются характерными для данного цикла .

Большинство бактерий, которые используют этот цикл — мезофилы , однако представители филума Aquificae растут при температуре 70 °C и выше ( Aquifex aeolicus вплоть до 95 °C). При таких условия термически неустойчивый постепенно гидролизуется до сукцината и коэнзима А , что сопровождается потерей энергии и делает невозможным его дальнейшее использование в цикле. Aquificae (как было показано на ) решают эту проблему, тратя дополнительный АТФ на превращение α-кетоглутарата в изоцитрат совместным действием биотин -зависимой α-кетоглутараткарбоксилазы и недекарбоксилирующей изоцитратдегидрогеназы, что делает процесс необратимым при повышенной температуре .

У некоторых видов основной путь цикла может иметь некоторые отличия. Так вместо АТФ-цитратлиазы расщепление цитрата могут осуществлять два других фермента: цитрил-CoA синтаза и . Однако, оба эти фермента филогенетически близки к АТФ-цитратлиазе. Их обнаружили у представителей Aquificaceae (но не у других Aquificae ). Более того, некоторые протеобактерии (например, sp. штамм MC-1), вероятно, обладают новым типом АТФ-цитратлиазы .

Химизм

На конечном этапе цикла ключевой фермент цикла АТФ-цитратлиаза разрушает цитрат на оксалоацетат и ацетил-CoA , используя энергию одной АТФ. Далее происходят следующие реакции :

Ацетил~CoA + CO ₂ + ФдH ₂ → Пируват + Фд
Пируват + АТФ → ФЕП + АДФ + Ф н
ФЕП + АТФ + 2H ⁺ → глицеральдегид-3-фосфат + АМФ + ФФ н

Полученный глицеральдегид-3-фосфат используется для синтеза материалов клетки. Общее уравнение ассимиляции имеет вид:

3CO ₂ + 2ФдH ₂ + 2 НАДФН ·H ⁺ + ФАД H ₂ + НАД Н·Н ⁺ + 5 АТФ → глицеральдегид-3-фосфат

Ассимиляция углекислого газа идёт с большой затратой АТФ и восстановительных эквивалентов. В целом цикл считается анаэробным, поскольку включает много ферментов и восстановителей (Fe ₄ S ₄ бактериальных ферредоксинов ), которые чувствительны к кислороду (из аэробных бактерий такой цикл обнаружен только у ) .

Этот цикл является возможным кандидатом в реакции, которые могли протекать на Земле в добиологических условиях, и, по этой причине, изучение этого цикла представляет интерес для понимания происхождения жизни. Принципиально, что данный цикл является автокаталитическим — в нём, в отличие от окислительного ЦТК в результате одного оборота цикла количество реагентов, в том числе акцепторов СО ₂ , увеличивается, а не уменьшается, как в цикле Кребса. Так же, было доказано, что некоторые из реакций можно катализировать , используя обычные минералы, в частности пять реакций протекает в присутствии ZnS ( сфалерит ) на свету .

См. также

Примечания

↑ Evans M. C. , Buchanan B. B. , Arnon D. I. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1966. — Vol. 55, no. 4 . — P. 928—934. — . [ ]
Buchanan B. B. , Arnon D. I. (англ.) // Photosynthesis research. — 1990. — Vol. 24. — P. 47—53. — . [ ]
↑ Julian J. Eaton-Rye, Baishnab C Tripathy, Thomas D. Sharkey. . — 2012. — P. 654. — 856 p. 27 сентября 2014 года.
Siebers B. , Tjaden B. , Michalke K. , Dörr C. , Ahmed H. , Zaparty M. , Gordon P. , Sensen C. W. , Zibat A. , Klenk H. P. , Schuster S. C. , Hensel R. (англ.) // Journal of bacteriology. — 2004. — Vol. 186, no. 7 . — P. 2179—2194. — . [ ]
Hu Y. , Holden J. F. (англ.) // Journal of bacteriology. — 2006. — Vol. 188, no. 12 . — P. 4350—4355. — doi : . — . [ ]
↑ Berg I. A. (англ.) // Applied and environmental microbiology. — 2011. — Vol. 77, no. 6 . — P. 1925—1936. — doi : . — . [ ]
↑ , с. 202.
Zhang X. V. , Martin S. T. (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 2006. — Vol. 128, no. 50 . — P. 16032—16033. — doi : . — . [ ]

Литература

Нетрусов А. И., Котова И. Б. Микробиология. — 4-е изд., перераб. и доп.. — М. : Издательский центр «Академия», 2012. — С. 202. — 384 с. — ISBN 978-5-7695-7979-0 .