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逆クレブス回路（逆トリカルボン酸回路、逆TCA回路、逆クエン酸回路、還元トリカルボン酸回路、還元TCA回路とも呼ばれる）は、一部の細菌や古細菌[1]がエネルギーを豊富に含む還元剤を電子供与体として使用して二酸化炭素と水から炭素化合物を生成するために使用する一連の化学反応です。
この反応はクエン酸回路を逆にしたものである。クレブス回路が炭水化物をCO2と水に酸化するのに対し、逆の回路はCO2とH2Oから炭素化合物を作る。このプロセスは、一部の細菌（アクイフィコタなど）が炭素化合物を合成するために使用されており、電子ドナーとして水素、硫化物、チオ硫酸塩を使用することもある。[2] [3]このプロセスは、さまざまな微生物や高等生物で起こる 還元性ペントースリン酸回路における無機炭素の固定の代替として考えることができる。
クレブス回路との違い
酸化クエン酸回路とは対照的に、逆または還元回路にはいくつかの重要な違いがあります。還元クエン酸回路に特有の酵素は、クエン酸リアーゼ、フマル酸レダクターゼ、およびα-ケトグルタル酸シンターゼの 3 つです。[引用が必要]
クエン酸からオキサロ酢酸と酢酸への分解は、クエン酸合成酵素の逆反応ではなく、クエン酸リアーゼによって触媒される。[4]コハク酸脱水素酵素はフマル酸還元酵素に置き換えられ、α-ケトグルタル酸脱水素酵素はα-ケトグルタル酸合成酵素に置き換えられる。[要出典]
コハク酸から2-オキソグルタル酸への変換も異なります。酸化反応では、このステップはNADHの還元と連動しています。しかし、2-オキソグルタル酸からコハク酸への酸化はエネルギー的に非常に有利であるため、NADHには逆反応を駆動する還元力が欠けています。rTCA回路では、この反応は還元された低電位フェレドキシンを使用する必要があります。[5]
幼少期との関連性
この反応は、地球初期の生命誕生前の条件の候補となる可能性があり、生命の起源の研究において興味深い。サイクルのいくつかの非連続的なステップは、光化学反応によって鉱物によって触媒されることがわかっている。[6]一方、2段階および3段階のシーケンス全体は、酸性条件下で鉄などの金属イオン（還元剤として）によって促進される可能性がある。さらに、光化学反応を起こすこれらの生物は、クエン酸回路を利用することができ、実際に利用している。[2]しかし、条件は非常に厳しく、1 M塩酸または1 M硫酸と80～140℃の強力な加熱が必要である。[7]
rTCA回路が初期の生命と生体分子に貢献したというこれらの可能性に加えて、rTCA回路は酵素の使用なしには完了できなかったと考えられています。rTCA回路を推進するための高度に酸化された種の還元の運動学的および熱力学的パラメータは、酵素と呼ばれる生物学的触媒の必要な作用なしにはありそうにありません。rTCA回路のいくつかの反応の速度は、酵素なしでは地球上の生命の形成に大きく貢献するには遅すぎた可能性があります。rTCA回路の熱力学を考慮すると、生成物から反応物へのギブスの自由エネルギーの増加により、ピルビン酸からオキサロ酢酸への変換のエネルギー源としてピロリン酸が使用される可能性は低く、反応は吸熱性が高すぎるためです。[8]ただし、クレブス回路、グリオキシル酸回路、逆クレブス回路の非酵素的前駆物質が、酸化反応と還元反応が協力して発生した可能性があることが示唆されています。その後、ATPを利用したカルボキシル化が利用され、逆クレブス回路の一部が形成された可能性がある。[9]
逆クレブス回路は、最後の普遍的共通祖先においても不完全であったことが示唆されている。[10] [11]チオエステル化や加水分解を含む逆クレブス回路の多くの反応は、深海のアルカリ性熱水噴出孔の鉄硫化鉱物によって触媒された可能性がある。[12]最近では、水性微小液滴が逆クレブス回路における還元的カルボキシル化反応を促進することが示された。[13]
医学的関連性
逆クレブス回路は、黒色腫の病態生理学において主要な役割を果たしていると提案されている。黒色腫腫瘍は、老廃物を利用するために正常な代謝経路を変化させることが知られている。これらの代謝適応は、腫瘍が代謝ニーズに適応するのを助ける。最もよく知られている適応は、腫瘍がグルコースの取り込みと利用を増やすワールブルグ効果である。グルタミンは、アセチルCoAを生成するために逆クレブス回路で利用されることが知られている物質の1つである。[14]このタイプのミトコンドリア活動は、癌を引き起こす細胞を特定して標的とする新しい方法を提供する可能性がある。[15]
微生物による逆クレブス回路の利用
チオミクロスピラ・デニトリフィカンス、 カンジダトゥス・アルコバクター、クロロバキュラム・テピダムは、rTCA回路を利用してCO2を炭素化合物に変換することが示されています。これらの細菌のrTCA回路を使用する能力は、これらの細菌が祖先のプロテオバクテリアに由来し、この回路を使用する他の生物がこれまで考えられていたよりもはるかに豊富であるという考えを裏付けています。[16]
参照
参考文献
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