Глиоксилатный цикл

Глиоксилатный цикл — это видоизменённый вариант цикла трикарбоновых кислот (цикла Кребса), представляющий собой циклический ферментативный процесс. В нём происходит последовательное превращение активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА) с образованием в качестве ключевого промежуточного продукта глиоксиловой кислоты.

Этот метаболический путь обнаружен у микроорганизмов, плесневых грибов, водорослей и высших растений, но отсутствует у животных.

Ход процесса

Цикл начинается с конденсации ацетил-КоА со щавелевоуксусной кислотой, в результате чего образуется лимонная кислота. Далее она превращается:

В цис-аконитовую кислоту.
В изолимонную кислоту.

Эти начальные стадии (1–3), а также заключительная реакция (6) катализируются теми же ферментами, что и в классическом цикле трикарбоновых кислот.

Далее вступают в действие два специфических фермента глиоксилатного цикла:

Изоцитратлиаза расщепляет изолимонную кислоту на янтарную и глиоксиловую кислоты (реакция 4).
Малатсинтаза катализирует конденсацию глиоксиловой кислоты со второй молекулой ацетил-КоА, что приводит к образованию яблочной кислоты (реакция 5).

Яблочная кислота затем окисляется до щавелевоуксусной (реакция 6), замыкая цикл. Реакции 4 и 5 представляют собой «обходной путь», минуя две окислительные (и сопряжённые с выделением CO₂) стадии обычного цикла Кребса.

Итоги и биологическая роль

За один оборот глиоксилатного цикла в метаболизм включаются две молекулы ацетил-КоА, а в качестве чистого продукта образуется одна молекула янтарной кислоты (которая далее может использоваться для синтеза глюкозы) и два восстановленных эквивалента (в составе НАД·H), окисляющихся в дыхательной цепи с синтезом АТФ.

Основные функции глиоксилатного цикла:

Синтез дикарбоновых кислот, необходимых для различных биосинтетических процессов.
Обеспечение роста микроорганизмов на средах, где единственным источником углерода служат ацетат или жирные кислоты (которые расщепляются до ацетил-КоА).
Превращение жиров в углеводы при прорастании семян масличных растений (например, подсолнечника, арахиса). Запасные жиры расщепляются до ацетил-КоА, который через глиоксилатный цикл даёт субстраты для глюконеогенеза.

В клетках растений ферменты этого цикла локализованы в специализированных органеллах — глиоксисомах.