CIKLUS GLIOKSILATA: KARAKTERISTIKE, REAKCIJE, REGULACIJA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Glioksilata ciklus je metabolički put prisutan u biljkama, u nekim mikroorganizmima i beskralježnjaka životinja (prisutna u svih kralježnjaka), kroz koji se može pretvoriti ti organizmi u masti ugljikohidrati (šećeri).

Ova ruta otkrivena je 1957. Godine, dok su Kornberg, Krebs i Beevers pokušavali rasvijetliti kako bakterije poput Escherichia coli mogu rasti u prisutnosti acetata kao jedinog izvora ugljika i kako klijajuće sadnice spurge (Ricinus communis) mogu pretvoriti masti u ugljikohidrati.

Shema glikoksilatskog ciklusa (Izvor: Agrotman via Wikimedia Commons)

Istraživanja ova tri istraživača dovela su do otkrića dva enzima poznata kao izocitratna liza i malat sintaza, koji zajedno s enzimima Krebsova ciklusa omogućuju sintezu sukcinata iz dvije molekule acetil-coA.

Tako proizveden sukcinat pretvara se u malat kroz ciklus trikarboksilne kiseline te se kasnije može upotrijebiti za proizvodnju glukoze putem glukoneogeneze.

Taj se put pojavljuje, u biljkama, u posebnim organelama koje se nazivaju glioksizomi i bitno je za preživljavanje sadnica tijekom rane faze klijanja.

karakteristike

Put glioksilata može se promatrati kao "modifikacija" Krebsova ciklusa, s tom razlikom što se u prethodnom ne pojavljuje oksidativna dekarboksilacija, ali iz acetatnih jedinica od dvije mogu se stvoriti četiri ugljikove dikarboksilne kiseline ugljika.

Ova karakteristika ciklusa glikoksilata opisana je kao način da neki organizmi moraju izbjeći ("zaobići") gubitak ugljikovih atoma u obliku ugljičnog dioksida koji identificira Krebsov ciklus.

U biljkama se ciklus glioksilata odvija unutar citosolnih organela okružen jednostavnom membranom poznatom kao glioksizomi. S druge strane, kao što su kvasci i alge, taj se put događa u citosolu.

Glioksizomi su strukturno slični peroksisomima (neki ih autori smatraju „specijaliziranim peroksisomima“), drugi organeli odgovorni za dio β-oksidacije masnih kiselina i uklanjanje reaktivnih kisikovih vrsta u eukariotskim organizmima.

Iznutra se masne kiseline oksidiraju da bi se stvorio acetil-CoA, koji se zatim kondenzira u spojeve s četiri atoma ugljika. Ti se spojevi selektivno transportiraju u mitohondrije, gdje se pretvaraju u malat ili se prevoze u citosol da bi se ušao u glukoneogeni put (sinteza glukoze).

Enzimi koji se dijele između puta glioksilata i ciklusa trikarboksilne kiseline postoje u mitohondrijima i glioksisomu kao izoencimima, što znači da oba puta djeluju manje ili više neovisno jedan o drugome.

Pojava glioksizoma

Glioksizomi nisu trajno prisutni u biljnim tkivima. Osobito su obilne tijekom klijanja uljanih sjemenki koje imaju malo fotosintetske sposobnosti za proizvodnju ugljikohidrata koje su potrebne za rast.

U potpuno razvijenim biljkama njihovo sudjelovanje u metabolizmu masti i nije toliko bitno, jer se šećeri dobivaju uglavnom fotosintezom.

reakcije

Acetat od razgradnje masnih kiselina djeluje kao gorivo bogato energijom i kao izvor fosfoenolpiruvata za sintezu glukoze putem glukoneogeneze. Postupak je sljedeći:

Koraci ciklusa glikoksilata

1- Put glikoksilata, sličan onome u Krebsovom ciklusu, započinje kondenzacijom acetil-CoA molekule s drugim oksaloacetatom da bi se dobio citrat, reakcija katalizirana enzim citrat sintazom.

2- Enzim Aconitaza pretvara ovaj citrat u izocitrat.

3- Izocitrat se koristi kao supstrat za enzim izocitratnu lizazu radi formiranja spojeva sukcinata i glioksilata.

Molekularna struktura enzima Izokitrat Liasa (Izvor: Vrabiochemhw via Wikimedia Commons)

4- Gioksilat preuzima enzim malat sintaza da bi se dobio kobilatizirajući molekul s drugom molekulom acetil-CoA.

5- Malat se pretvara u oksaloacetat malat dehidrogenazom i ovaj spoj može poslužiti kao prekursor za glukoneogeni put ili biti kondenziran s drugim acetil-CoA da ponovo pokrene ciklus.

6- Proizvedeni sukcinat također se može pretvoriti u fumarat, a ovaj u malat, osiguravajući veću količinu molekula oksaloacetata za stvaranje glukoze. Inače, ova se molekula može izvesti i u mitohondrije kako bi funkcionirala u Krebsovom ciklusu.

Oksaloacetat ulazi u glukoneogeni put proizvodnje glukoze zahvaljujući pretvorbi u fosfoenolpiruvat koji katalizira enzim fosfoenolpiruvat karboksikinaza.

regulacija

Budući da cikli glikoksilata i trikarboksilne kiseline međusobno dijele brojne intermedijare, postoji koordinirana regulacija između njih dva.

Osim toga, moraju postojati mehanizmi kontrole, jer sinteza glukoze i drugih heksoza iz acetil-CoA (nakon razgradnje masti) uključuje sudjelovanje najmanje četiri načina:

- β-oksidacija masnih kiselina koje stvaraju acetil-CoA molekule potrebne i za glikoksilatni ciklus i za Krebsov ciklus i koja se u biljkama odvija u glioksizomima.

- Ciklus glikoksilata, koji se također pojavljuje u glioksizomima i koji, kao što je spomenuto, stvara intermedijare poput sukcinata, malata i oksaloacetata.

- Krebsov ciklus koji se odvija u mitohondrijama i u kojem se također stvaraju intermedijeri sukcinata, malata i oksaloacetata.

- Glukoneogeneza, koja se događa u citosolu i uključuje upotrebu oksaloacetata pretvorenog u fosfoenolpiruvat za sintezu glukoze.

Glavna kontrolna točka je enzim izocitrat dehidrogenaza, čija regulacija podrazumijeva kovalentnu promjenu dodavanjem ili uklanjanjem fosfatne skupine.

Kad se enzim fosforilira, on se inaktivira, pa se izocitrat usmjerava prema putu glikoksilata za proizvodnju glukoze.

Značajke

Za biljke je glikoksilatni ciklus od presudnog značaja, posebno tijekom procesa klijanja, jer se razgradnjom masti pohranjenih u sjemenu koriste za sintezu glukoze u fotosintetski nerazvijenim tkivima.

Glukoza se koristi kao izvor za dobivanje energije u obliku ATP-a ili za stvaranje složenijih ugljikohidrata sa strukturnim funkcijama, ali neki intermedijari nastali tijekom puta glioksilata mogu poslužiti i za sintezu ostalih staničnih komponenti.

U mikroorganizmima

Glavna funkcija ciklusa glikoksilata u mikroorganizmima je osigurati "alternativni" metabolički put, tako da mikroorganizmi mogu iskoristiti druge izvore ugljika i energije za svoj rast.

Takav je slučaj bakterije Escherichia coli, kod koje se, kada se smanjuju razine nekih intermedijara glikolize i ciklusa limunske kiseline (izocitrat, 3-fosfoglicerat, piruvat, fosfoenolpiruvat i oksaloacetat), enzim izocitrat dehidrogenaza (koja sudjeluje u Krebsovom ciklusu) inhibira se i izocitrat se usmjerava prema putu glikoksilata.

Ako je ovaj put aktivan kada bakterije rastu u mediju bogatom acetatom, na primjer, ovaj se metabolit može upotrijebiti za sintezu karboksilnih kiselina s četiri atoma ugljika, što kasnije može dovesti do stvaranja energetskih ugljikohidrata., Na primjer, za druge organizme poput gljiva, pokazalo se da patogenost ovisi o prisutnosti aktivnog glikoksilatskog ciklusa, očito iz metaboličkih razloga.

Reference

1. Dey, P., & Harborne, J. (1977). Biokemija biljaka. San Diego, Kalifornija: Academic Press.
2. Ensign, SA (2006). Ponovna provjera ciklusa glikoksilata: alternativni putevi za asimilaciju mikrobiocetata. Molekularna mikrobiologija, 61 (2), 274–276.
3. Garrett, R., i Grisham, C. (2010). Biokemija (4. izd.). Boston, SAD: Brooks / Cole. CENGAGE Učenje.
4. Lorenz, MC, i Fink, GR (2001). Za gljivičnu virulenciju potreban je glioksilatni ciklus. Priroda, 412, 83-86.
5. Mathews, C., van Holde, K., i Ahern, K. (2000). Biokemija (3. izd.). San Francisco, Kalifornija: Pearson.
6. Rawn, JD (1998). Biokemija. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Vallarino, JG, i Osorio, S. (2019). Organske kiseline. U Postharvest fiziologiji i biokemiji voća i povrća (str. 207-224). Elsevier Inc.