Den omvända Krebs-cykeln , även känd som den omvända trikarboxylsyracykeln , eller Arnon-cykeln, är en sekvens av kemiska reaktioner som vissa bakterier använder för att syntetisera organiska föreningar från koldioxid och vatten.
I själva verket är detta en omvänd trikarboxylsyracykel (CTC, Krebs-cykel): där i Krebs-cykeln organiska ämnen i form av sockerarter oxideras till CO 2 och vatten, använder den omvända cykeln CO 2 och vatten för att syntetisera nya föreningar. Cykeln används av anaeroba grönsvavelbakterier och aerober av släktet Hydrogenobacter för syntes av organiska ämnen, och väte , sulfid eller tiosulfat fungerar som en elektrondonator [1] [2] . Cykeln har också hittats i archaea Pyrobaculum islandicum [3] . Noterbart har samma art visat sig ha både reduktiva och oxidativa TCA: Thermoproteus tenax , ''Desulfobacter hydrogenophilus'' och Pyrobaculum islandicum [4] [5] [6] .
Det har förekommit rapporter om att cykeln kan finnas i den eukaryota organismen Chlamydomonas reinhardtii , men genomanalys har inte bekräftat dess närvaro. För närvarande finns det ingen tillförlitlig information om förekomsten av Arnoncykeln i eukaryota organismer [3] .
Denna cykel upptäcktes 1966 av Evans, Buchanan och Arnon [ 1 ] .
Man tror att tre reaktioner i Krebs-cykeln är irreversibla, vilket innebär att i Arnon-cykeln måste dessa reaktioner utföras av andra enzymer för att göra cykeln reversibel: till exempel ersätts succinatdehydrogenas med fumaratreduktas, NAD + -beroende α-ketoglutaratdehydrogenas ersätts av ferredoxinberoende α-ketoglutaratsyntas och citratsyntas till ATP-citratlyas. Dessa tre enzymer anses allmänt vara karakteristiska för denna cykel [6] .
De flesta av bakterierna som använder denna cykel är mesofiler , men medlemmar av phylum Aquificae växer vid temperaturer på 70°C och över ( Aquifex aeolicus upp till 95°C). Under sådana förhållanden sönderdelas termiskt instabil succinyl-CoA till succinat och koenzym A , vilket åtföljs av en förlust av energi och gör det omöjligt att använda det vidare i cykeln. Aquificae (som visas i Hydrogenobacter thermophilus [6] ) löser detta problem genom att spendera ytterligare ATP för att omvandla α-ketoglutarat till isocitrat genom den kombinerade verkan av biotinberoende α-ketoglutaratkarboxylas och icke-dekarboxylerande isocitratdehydrogenas, vilket gör process irreversibel vid förhöjda temperaturer [6] .
Hos vissa arter kan huvudcykelbanan ha vissa skillnader. Sålunda, istället för ATP-citratlyas, kan citratklyvning utföras av två andra enzymer: citryl-CoA-syntas och citryl-CoA-lyas . Båda dessa enzymer är emellertid fylogenetiskt nära ATP-citratlyas. De har hittats i medlemmar av Aquificaceae (men inte i andra Aquificae ). Dessutom har vissa proteobakterier (till exempel Magnetococcus sp. stam MC-1) troligen en ny typ av ATP-citratlyas [6] .
I slutet av cykeln bryter nyckelenzymet i ATP-cykeln, citratlyas, ned citrat till oxaloacetat och acetyl-CoA med hjälp av energin från ATP enbart. Sedan sker följande reaktioner [7] :
Det resulterande glyceraldehyd-3-fosfatet används för att syntetisera cellmaterial. Den allmänna assimileringsekvationen är:
3CO 2 + 2FdH 2 + 2 NADPH H + + FAD H 2 + NAD H H + + 5 ATP → glyceraldehyd-3-fosfatAssimileringen av koldioxid kommer med en stor utgift av ATP och minskande ekvivalenter. I allmänhet anses cykeln vara anaerob, eftersom den innehåller många enzymer och reduktionsmedel (Fe 4 S 4 bakteriella ferredoxiner ) som är känsliga för syre (av aeroba bakterier, en sådan cykel hittades endast i Hydrogenobacter ) [7] .
Denna cykel är en möjlig kandidat för reaktioner som kan äga rum på jorden under prebiologiska förhållanden, och av denna anledning är studiet av denna cykel av intresse för att förstå livets ursprung. Det är viktigt att denna cykel är autokatalytisk: i den, i motsats till den oxidativa TCA -cykeln, som ett resultat av ett varv av cykeln, ökar mängden reaktanter, inklusive CO2-acceptorer , snarare än minskar, som i Krebs-cykeln. Det bevisades också att några av reaktionerna kan katalyseras med hjälp av vanliga mineraler, i synnerhet fem reaktioner inträffar i närvaro av ZnS ( sfalerit ) i ljuset [8] .