Den omvendte Krebs-cyklus , også kendt som den omvendte tricarboxylsyrecyklus , eller Arnon-cyklussen, er en sekvens af kemiske reaktioner , som nogle bakterier bruger til at syntetisere organiske forbindelser fra kuldioxid og vand.
Faktisk er der tale om en omvendt tricarboxylsyrecyklus (CTC, Krebs-cyklus): hvor organiske stoffer i form af sukkerarter i Krebs-kredsløbet oxideres til CO 2 og vand, bruger den omvendte cyklus CO 2 og vand til at syntetisere nye forbindelser. Cyklussen bruges af anaerobe grønne svovlbakterier og aerobe af slægten Hydrogenobacter til syntese af organiske stoffer, og brint , sulfid eller thiosulfat fungerer som en elektrondonor [1] [2] . Cyklusen er også fundet i archaea Pyrobaculum islandicum [3] . Det er bemærkelsesværdigt, at den samme art har vist sig at have både reduktive og oxidative TCA'er: Thermoproteus tenax , ''Desulfobacter hydrogenophilus'' og Pyrobaculum islandicum [4] [5] [6] .
Der har været rapporter om, at cyklussen kan være til stede i den eukaryote organisme Chlamydomonas reinhardtii , men genomanalyse har ikke bekræftet dens tilstedeværelse. I øjeblikket er der ingen pålidelig information om tilstedeværelsen af Arnon-cyklussen i eukaryote organismer [3] .
Denne cyklus blev opdaget i 1966 af Evans, Buchanan og Arnon [ 1 ] .
Det menes, at tre reaktioner i Krebs-cyklussen er irreversible, hvilket betyder, at i Arnon-cyklussen skal disse reaktioner udføres af andre enzymer for at gøre cyklussen reversibel: for eksempel er succinatdehydrogenase erstattet af fumaratreduktase, NAD + -afhængig α-ketoglutarat-dehydrogenase erstattes af ferredoxin-afhængig α-ketoglutaratsyntase og citratsyntase til ATP-citratlyase. Disse tre enzymer anses generelt for at være karakteristiske for denne cyklus [6] .
De fleste af de bakterier, der bruger denne cyklus, er mesofiler , men medlemmer af phylum Aquificae vokser ved temperaturer på 70°C og derover ( Aquifex aeolicus op til 95°C). Under sådanne forhold nedbrydes termisk ustabil succinyl-CoA til succinat og coenzym A , hvilket er ledsaget af et tab af energi og gør det umuligt at bruge det yderligere i cyklussen. Aquificae (som vist i Hydrogenobacter thermophilus [6] ) løser dette problem ved at bruge yderligere ATP på at omdanne α-ketoglutarat til isocitrat ved den kombinerede virkning af biotinafhængig α-ketoglutaratcarboxylase og ikke-decarboxylerende isocitrat dehydrogenase, hvilket gør proces irreversibel ved forhøjede temperaturer [6] .
Hos nogle arter kan hovedcykelstien have nogle forskelle. I stedet for ATP-citratlyase kan citratspaltning således udføres af to andre enzymer: citryl-CoA-syntase og citryl-CoA-lyase . Imidlertid er begge disse enzymer fylogenetisk tæt på ATP-citratlyase. De er blevet fundet i medlemmer af Aquificaceae (men ikke i andre Aquificae ). Desuden har nogle proteobakterier (f.eks. Magnetococcus sp. stamme MC-1) sandsynligvis en ny type ATP-citratlyase [6] .
I slutningen af cyklussen nedbryder nøgleenzymet i ATP-cyklussen, citratlyase, citrat til oxaloacetat og acetyl-CoA ved hjælp af energien fra ATP alene. Derefter finder følgende reaktioner sted [7] :
Det resulterende glyceraldehyd-3-phosphat bruges til at syntetisere cellematerialer. Den generelle assimilationsligning er:
3CO 2 + 2FdH 2 + 2 NADPH H + + FAD H 2 + NAD H H + + 5 ATP → glyceraldehyd-3-phosphatAssimileringen af kuldioxid kommer med et stort forbrug af ATP og reducerende ækvivalenter. Generelt betragtes cyklussen som anaerob, da den omfatter mange enzymer og reduktionsmidler (Fe 4 S 4 bakterielle ferredoxiner ), der er følsomme over for ilt (af aerobe bakterier, en sådan cyklus blev kun fundet i Hydrogenobacter ) [7] .
Denne cyklus er en mulig kandidat til reaktioner, der kunne finde sted på Jorden under præbiologiske forhold, og af denne grund er studiet af denne cyklus af interesse for at forstå livets oprindelse. Det er vigtigt, at denne cyklus er autokatalytisk: i den, i modsætning til den oxidative TCA -cyklus, stiger mængden af reaktanter, inklusive CO2-acceptorer , som et resultat af en omgang af cyklussen, snarere end falder, som i Krebs-cyklussen. Det blev også bevist, at nogle af reaktionerne kan katalyseres ved hjælp af almindelige mineraler, især fem reaktioner forekommer i nærvær af ZnS ( sfalerit ) i lyset [8] .