Глиоксилатный цикл

ГЛИОКСИЛАТНЫЙ ЦИКЛ, циклический ферментативный процесс, в ходе которого происходят последовательные превращения ацетил-КоА (смотри Кофермент А) через стадию образования глиоксиловой кислоты. Описан у некоторых микроорганизмов, плесневых грибов, водорослей и в прорастающих семенах масличных культур, где жиры используются в качестве резервных веществ, а также в богатых жирами клетках алейронового слоя семян некоторых злаков (в том числе ячмень, пшеница).

В растительных клетках реакции глиоксилатного цикла протекают в глиоксисомах (специальных органеллах цитоплазмы, окружённых одинарной мембраной) и представляют собой несколько видоизменённую форму трикарбоновых кислот цикла. Поступающие в глиоксисомы жирные кислоты при участии ацил-КоА-синтетаз превращаются в их КоА-производные, а затем расщепляются ферментами ß-окисления до ацетил-КоА. Глиоксилатный цикл начинается (смотри схему) конденсацией ацетил-КоА с щавелевоуксусной кислотой с образованием лимонной кислоты, которая превращается в цис-аконитовую, а затем в изолимонную кислоты. После этого при участии специфических для глиоксилатного цикла ферментов (изоцитратлиазы и малатсинтазы) изолимонная кислота расщепляется (реакция 4) на янтарную и глиоксиловую кислоты, и в ходе последующей конденсации глиоксиловой кислоты со 2-й молекулой ацетил-КоА (реакция 5) и при участии малатсинтазы образуется яблочная кислота. Она окисляется до щавелевоуксусной кислоты, замыкая цикл. Последняя реакция сопровождается превращением кофермента никотинамиддинуклеотида (НАД) в восстановленную форму (НАДН). В результате реакций 4 и 5 происходит «обход» окислительных этапов цикла трикарбоновых кислот. Таким образом, при каждом обороте в глиоксилатный цикл включаются две молекулы ацетил-КоА, образуются одна молекула янтарной кислоты и два атома водорода (в составе восстановленного НАД). Суммарное уравнение глиоксилатного цикла можно записать как:

2СН₃СО ~ SKoA + 2Н₂О + НАД → 2HSKoA + НООС(СН₂)₂СООН + НАДН + Н⁺

 (знак ~ обозначает макроэргическую связь).

Янтарная кислота выходит из глиоксисом и поступает в митохондрии, где превращается сначала в щавелевоуксусную кислоту (через последовательное образование фумаровой и яблочной кислот), а затем в фосфоенолпируват, который используется для образования глюкозо-1-фосфата, а затем сахарозы. Последняя поддерживает рост и развитие проростка до начала фотосинтеза в листочках.

Благодаря глиоксилатному циклу ацетил-КоА не окисляется до СО₂, как это происходит в цикле трикарбоновых кислот, а используется в синтезе углеводов, необходимых для процессов биосинтеза. Глиоксилатный цикл делает возможным рост микроорганизмов в среде, содержащей ацетат (или жирные кислоты, расщепляющиеся с образованием ацетил-КоА) в качестве единственного источника углерода. Глиоксиловая кислота участвует также в синтезе порфиринов, в том числе хлорофилла.

Г. А. Дмитриева.