Käänteinen Krebsin sykli , joka tunnetaan myös nimellä käänteinen trikarboksyylihapposykli tai Arnon-sykli, on sarja kemiallisia reaktioita , joita jotkut bakteerit käyttävät syntetisoidakseen orgaanisia yhdisteitä hiilidioksidista ja vedestä.
Itse asiassa tämä on käänteinen trikarboksyylihappokierto (CTC, Krebsin sykli): missä Krebsin kierrossa sokereiden muodossa olevat orgaaniset aineet hapetetaan CO 2 :ksi ja vedeksi, käänteinen kierto käyttää CO 2 :ta ja vettä uusien yhdisteiden syntetisoimiseen. Sykliä käyttävät anaerobiset vihreät rikkibakteerit ja Hydrogenobacter -suvun aerobit orgaanisten aineiden synteesiin, ja vety , sulfidi tai tiosulfaatti toimivat elektronin luovuttajana [1] [2] . Sykli on löydetty myös Pyrobaculum islandicum -arkeasta [3] . Erityisesti samoilla lajeilla on osoitettu olevan sekä pelkistäviä että oksidatiivisia TCA: ita: Thermoproteus tenax , ''Desulfobacter hydrogenophilus'' ja Pyrobaculum islandicum [4] [5] [6] .
On raportoitu, että kierto saattaa esiintyä eukaryoottisessa organismissa Chlamydomonas reinhardtii , mutta genomianalyysi ei ole vahvistanut sen läsnäoloa. Tällä hetkellä ei ole luotettavaa tietoa Arnon-syklin esiintymisestä eukaryoottisissa organismeissa [3] .
Tämän syklin löysivät vuonna 1966 Evans, Buchanan ja Arnon [ 1 ] .
Uskotaan, että kolme Krebsin syklin reaktiota ovat peruuttamattomia, mikä tarkoittaa, että Arnon-syklissä nämä reaktiot on suoritettava muiden entsyymien toimesta , jotta sykli muuttuisi palautuvaksi: esimerkiksi sukkinaattidehydrogenaasi korvataan fumaraattireduktaasilla, NAD + -riippuvainen a-ketoglutaraattidehydrogenaasi korvataan ferredoksiinista riippuvaisella a-ketoglutaraattisyntaasilla ja sitraattisyntaasi ATP-sitraattilyaasiksi. Näiden kolmen entsyymin katsotaan yleensä olevan ominaisia tälle syklille [6] .
Suurin osa tätä kiertoa käyttävistä bakteereista on mesofiilejä , mutta Aquificae-suvun jäsenet kasvavat 70 °C:n ja sitä korkeammissa lämpötiloissa ( Aquifex aeolicus jopa 95 °C). Tällaisissa olosuhteissa termisesti epästabiili sukkinyyli-CoA hajoaa sukkinaatiksi ja koentsyymi A :ksi , johon liittyy energian menetys ja tekee mahdottomaksi sen jatkokäytön syklissä. Aquificae (kuten julkaisussa Hydrogenobacter thermophilus [6] ) ratkaisee tämän ongelman kuluttamalla lisää ATP :tä α-ketoglutaraatin muuttamiseksi isositraatiksi biotiinista riippuvaisen α-ketoglutaraattikarboksylaasin ja ei- dekarboksyloivan isositraattidehydrogenaasin yhteisvaikutuksella, mikä tekee prosessi peruuttamaton korkeissa lämpötiloissa [6] .
Joidenkin lajien pääpyörätiellä voi olla eroja. Sitraatin pilkkominen voidaan siten suorittaa ATP-sitraattilyaasin sijasta kahdella muulla entsyymillä: sitryyli-CoA-syntaasi ja sitryyli-CoA-lyaasi . Molemmat näistä entsyymeistä ovat kuitenkin fylogeneettisesti lähellä ATP-sitraattilyaasia. Niitä on löydetty Aquificaceae -heimon jäsenistä (mutta ei muista Aquificae -lajeista ). Lisäksi joillakin proteobakteereilla (esimerkiksi Magnetococcus sp. -kanta MC-1) on luultavasti uudentyyppinen ATP-sitraattilyaasi [6] .
Syklin lopussa ATP-syklin avainentsyymi, sitraattilyaasi, pilkkoo sitraatin oksaloasetaatiksi ja asetyyli-CoA :ksi käyttämällä pelkästään ATP:n energiaa. Sitten tapahtuu seuraavat reaktiot [7] :
Saatua glyseraldehydi-3-fosfaattia käytetään solumateriaalien syntetisoimiseen. Yleinen assimilaatioyhtälö on:
3CO 2 + 2FdH 2 + 2 NADPH H + + FAD H 2 + NAD H H + + 5 ATP → glyseraldehydi-3-fosfaattiHiilidioksidin assimilaatioon liittyy suuri ATP-kulutus ja pelkistäviä ekvivalentteja. Yleensä kiertoa pidetään anaerobisena, koska se sisältää monia entsyymejä ja pelkistäviä aineita (Fe 4 S 4 -bakteeriferredoksiineja ), jotka ovat herkkiä hapelle ( aerobisista bakteereista tällainen kierto havaittiin vain Hydrogenobacterissa ) [7] .
Tämä sykli on mahdollinen ehdokas reaktioille, jotka voisivat tapahtua maan päällä esibiologisissa olosuhteissa, ja tästä syystä tämän syklin tutkiminen on kiinnostavaa elämän alkuperän ymmärtämisen kannalta. On tärkeää, että tämä sykli on autokatalyyttinen: siinä, toisin kuin oksidatiivisessa TCA -syklissä, yhden syklin kierroksen seurauksena reagoivien aineiden määrä, mukaan lukien CO2-akseptorit , kasvaa ennemmin kuin pienenee, kuten Krebsin syklissä. Lisäksi osoitettiin, että osa reaktioista voidaan katalysoida tavallisilla mineraaleilla, erityisesti viisi reaktiota tapahtuu ZnS:n ( sfaleriitti ) läsnä ollessa valossa [8] .