Ciclul Krebs invers , cunoscut și sub denumirea de ciclu invers al acidului tricarboxilic , sau ciclul Arnon, este o secvență de reacții chimice pe care unele bacterii le folosesc pentru a sintetiza compuși organici din dioxid de carbon și apă.
De fapt, acesta este un ciclu invers al acidului tricarboxilic (CTC, ciclu Krebs): în cazul în care în ciclul Krebs substanțele organice sub formă de zaharuri sunt oxidate în CO 2 și apă, ciclul invers folosește CO 2 și apă pentru a sintetiza noi compuși. Ciclul este folosit de bacteriile anaerobe cu sulf verde și aerobii din genul Hydrogenobacter pentru sinteza substanțelor organice, iar hidrogenul , sulfura sau tiosulfatul acționează ca donor de electroni [1] [2] . Ciclul a fost găsit și în arheea Pyrobaculum islandicum [3] . În special, s-a dovedit că aceeași specie are atât TCA reductive, cât și oxidative: Thermoproteus tenax , ''Desulfobacter hydrogenophilus'' și Pyrobaculum islandicum [4] [5] [6] .
Au existat rapoarte că ciclul poate fi prezent în organismul eucariot Chlamydomonas reinhardtii , totuși analiza genomului nu a confirmat prezența acestuia. În prezent, nu există informații sigure despre prezența ciclului Arnon în organismele eucariote [3] .
Acest ciclu a fost descoperit în 1966 de Evans, Buchanan și Arnon [ 1 ] .
Se crede că trei reacții ale ciclului Krebs sunt ireversibile, ceea ce înseamnă că în ciclul Arnon aceste reacții trebuie efectuate de alte enzime pentru a face ciclul reversibil: de exemplu, succinat dehidrogenaza este înlocuită cu fumarat reductază, NAD + α-cetoglutarat dehidrogenaza dependentă este înlocuită cu α-cetoglutarat sintaza dependentă de ferredoxină, iar citrat sintaza cu ATP-citrat liază. Aceste trei enzime sunt în general considerate a fi caracteristice acestui ciclu [6] .
Majoritatea bacteriilor care folosesc acest ciclu sunt mezofile , cu toate acestea, membrii filumului Aquificae cresc la temperaturi de 70°C și peste ( Aquifex aeolicus până la 95°C). În astfel de condiții, succinil-CoA instabil termic se descompune în succinat și coenzima A , care este însoțită de o pierdere de energie și face imposibilă utilizarea în continuare în ciclu. Aquificae (așa cum se arată în Hydrogenobacter thermophilus [6] ) rezolvă această problemă cheltuind ATP suplimentar pentru a converti α-cetoglutaratul în izocitrat prin acțiunea combinată a α-cetoglutarat carboxilază dependentă de biotină și a izocitrat dehidrogenazei nedecarboxilante, ceea ce face ca proces ireversibil la temperaturi ridicate [6 ] .
La unele specii, traseul principal de biciclete poate avea unele diferențe. Astfel, în loc de ATP-citrat liaza, scindarea citratului poate fi efectuată de alte două enzime: citril-CoA sintază și citril-CoA liază . Cu toate acestea, ambele enzime sunt apropiate filogenetic de ATP-citrat liaza. Ele au fost găsite în membrii Aquificaceelor (dar nu și în alte Aquificae ). Mai mult, unele proteobacterii (de exemplu, Magnetococcus sp. tulpina MC-1) posedă probabil un nou tip de ATP citrat liază [6] .
La sfârșitul ciclului, enzima cheie a ciclului ATP, citrat liaza, descompune citratul în oxalacetat și acetil-CoA folosind numai energia ATP. Apoi au loc următoarele reacții [7] :
Gliceraldehida-3-fosfatul rezultat este folosit pentru a sintetiza materiale celulare. Ecuația generală de asimilare este:
3CO 2 + 2FdH 2 + 2 NADPH H + + FAD H 2 + NAD H H + + 5 ATP → gliceraldehidă-3-fosfatAsimilarea dioxidului de carbon vine cu o cheltuială mare de ATP și echivalenți reducători. În general, ciclul este considerat anaerob, deoarece include multe enzime și agenți reducători ( ferredoxinele bacteriene Fe 4 S 4 ) care sunt sensibile la oxigen (al bacteriilor aerobe, un astfel de ciclu a fost găsit doar la Hydrogenobacter ) [7] .
Acest ciclu este un posibil candidat pentru reacții care ar putea avea loc pe Pământ în condiții prebiologice și, din acest motiv, studiul acestui ciclu este de interes pentru înțelegerea originii vieții. Este important ca acest ciclu să fie autocatalitic: în el, spre deosebire de ciclul oxidativ TCA , ca urmare a unei rotații a ciclului, cantitatea de reactanți, inclusiv acceptorii de CO2 , crește mai degrabă decât scade, ca în ciclul Krebs. De asemenea, s-a dovedit că unele dintre reacții pot fi catalizate folosind minerale obișnuite, în special cinci reacții apar în prezența ZnS ( sphalerite ) în lumină [8] .