מעגל הגליוקסילט הוא מתנה מסלול מטבולי בצמחים, בחלק מיקרואורגניזמים בחיות חסרי חוליות (נעדר בכל החוליות), שדרכו אורגניזמים אלה יכולים להמיר שומנים לתוך פחמימות (סוכרים).
מסלול זה התגלה בשנת 1957, בזמן שקורנברג, קרבס ובברס ניסו להבהיר כיצד חיידקים כמו קמח Escherichia יוכלו לצמוח בנוכחות אצטט כמקור הפחמן היחיד, וכיצד שתילים נבטים של פרץ (Ricinus communis) יכלו להמיר שומנים לתוך שומן פחמימות.
סכמטי של מחזור הגליוקסילט (מקור: אגרוטמן באמצעות ויקימדיה Commons)
מחקרים שנעשו על ידי שלושת החוקרים הללו הובילו לגילוי של שני אנזימים הידועים בשם איזוציטרט lyase ו- Malate synthase, אשר יחד עם האנזימים של מחזור קרבס מאפשרים סינתזה של סוקינאט משתי מולקולות אצטיל-CoA.
הסוקינאט המיוצר באופן זה מומר למלאט דרך מחזור החומצה הטריקארבוקסילית, ובהמשך ניתן להשתמש בו לייצור גלוקוזה באמצעות גלוקונאוגנזה.
מסלול זה מתרחש, בצמחים, באברונים מיוחדים הנקראים glyoxysomes והוא חיוני להישרדות השתילים בשלבים המוקדמים של הנביטה.
מאפיינים
ניתן לראות את מסלול הגליוקסילט כ"שינויים "של מחזור קרבס, כאשר ההבדל הוא שדקרבוקסילציה חמצונית אינה מתרחשת בראשון, אך ניתן ליצור ארבע חומצות דיקרבוקסיליות פחמן מיחידות אצטט של שתיים פחמימות.
מאפיין זה של מחזור הגליוקסילט תואר כדרך שחלק מהאורגניזמים צריכים להימנע ("לעקוף") את אובדן אטומי הפחמן בצורה של פחמן דו חמצני המזהה את מחזור הקרבס.
בצמחים מחזור הגליוקסילט מתרחש בתוך אברונים ציטוזוליים המוקפים בקרום פשוט המכונה גליוקסיסומים. באורגניזמים אחרים כמו שמרים ואצות, לעומת זאת, מסלול זה מתרחש בציטוזול.
הגליוקסיסומים דומים מבחינה מבנית לפרוקסיזומים (חלק מהכותבים רואים אותם כ"פרוקסיזומים מתמחים "), אברונים אחרים האחראים לחלק מחמצון ה- ß של חומצות שומן והעלמתם של מיני חמצן תגובתי באורגניזמים אוקיאוטיים.
בפנים, חומצות השומן מתחמצנות לייצור אצטיל-CoA, אשר לאחר מכן מעובה לתרכובות עם ארבעה אטומי פחמן. תרכובות אלה מועברות באופן סלקטיבי למיטוכונדריה, שם הן עוברות המרה למלאט או מועברות לציטוזול בכניסה למסלול הגלוקונוגני (סינתזת גלוקוז).
האנזימים המשותפים בין מסלול הגליוקסילט למחזור החומצה הטריקארבוקסילית קיימים במיטוכונדריה והגליקוקסום כאיזואנזים, כלומר שני מסלולי התפקוד פחות או יותר זה בזה.
התרחשות של glyoxysomes
גליוקסיסומים אינם קיימים לצמיתות ברקמות הצמח. הם נפוצים במיוחד במהלך נביטת זרעי השמן, אשר אין להם יכולת פוטוסינתטית מועטה לייצר את הפחמימות שהם זקוקים לגידול.
בצמחים מפותחים באופן מלא, השתתפותם במטבוליזם של שומנים אינה כה חיונית, מכיוון שהסוכרים מתקבלים בעיקר על ידי פוטוסינתזה.
תגובות
אצטט מהתמוטטות חומצות שומן מתפקד כדלק עשיר באנרגיה וכמקור לפוספינולפירובט לסינתזה של גלוקוז באמצעות גלוקונאוגנזה. התהליך הוא כדלקמן:
שלבים של מחזור הגליוקסילט
1 - מסלול הגליוקסילט, דומה לזה של מחזור קרבס, מתחיל בהתעבות של מולקולת אצטיל-CoA עם אחרת של אוקסלואצטט כדי להפיק ציטראט, תגובה המונזזת על ידי הסינתז האנזים ציטראט.
2- האנזים Aconitase ממיר ציטראט זה לאיזוציטרט.
3 - Isocitrate משמש כמצע עבור האנזים איזוציטרט lyase ליצירת התרכובות succinate ו glyoxylate.
המבנה המולקולרי של האנזים ליוזה איזוציטרט (מקור: Vrabiochemhw באמצעות ויקימדיה Commons)
4- הגליוקסילט נלקח על ידי האנזים מלאט סינטאז לייצור malate באמצעות עיבויו עם מולקולה שנייה של אצטיל-CoA.
5- מלט מומר לאוקסלואצטט על ידי מולט דה-הידרוגנז ותרכובת זו יכולה לשמש כמבשר למסלול הגלוקונוגני או להתעבות עם אצטיל-CoA אחר כדי להפעיל מחדש את המחזור.
6- ניתן להמיר את הסוקינאט המיוצר לפומאראט וזה למלטה, ומספק כמות גדולה יותר של מולקולות אוקסלאצטט ליצירת גלוקוז. אחרת, ניתן לייצא מולקולה זו למיטוכונדריה כדי לתפקד במחזור קרבס.
אוקסלואצטט נכנס למסלול הגלוקונוגני לייצור גלוקוז בזכות ההמרה שלו לפוספינולפירובאט, שמסולז על ידי האנזים פוספינולפירובט קרבוקסיקינאז.
תַקָנָה
מכיוון שמחזורי הגליוקסילט והחומצה הטריקרבוקסילית חולקים ביניהם מספר ביניים, יש תקנה מתואמת בין השניים.
בנוסף, הכרחי כי קיימים מנגנוני בקרה, מכיוון שסינתזה של גלוקוז והקסוזות אחרות מאצטיל-CoA (מהידרדרות השומנים) מרמזת על השתתפות של לפחות ארבעה מסלולים:
- חמצון ה- β של חומצות שומן המייצר את מולקולות האצטיל-CoA הנחוצות הן למחזור הגליוקסילט והן למחזור קרבס וכי בצמחים מתרחש בגליוקסיסומים.
- מחזור הגליוקסילט, המופיע גם בגליוקסיסומים, וכאמור מייצר ביניים כמו סוקינאט, מלאט ואוקסלואצטט.
- מחזור ה- Krebs, המתרחש במיטוכונדריה, ובו מיוצרים גם הביניים, סובייטים, מלטים ואוקסלואצטט.
- גלוקונאוגנזה המופיעה בציטוזול וכרוכה בשימוש באוקסלואצטט המומר לפוספנוולפירובט כדי לסנתז את הגלוקוז.
נקודת הבקרה העיקרית היא באנזים איזוציטרט דהידרוגנז, אשר הרגולציה שלו כוללת שינוי קוולנטי על ידי הוספה או הסרה של קבוצת פוספט.
כאשר האנזים זרחן הוא מופעל, ולכן האיזוציטרט מופנה למסלול הגליוקסילט לייצור גלוקוז.
מאפיינים
עבור צמחים מחזור הגליוקסילט הוא חיוני, במיוחד במהלך תהליך הנביטה, מאחר והשפלת השומנים המאוחסנים בזרעים משמשת לסינתזה של גלוקוז ברקמות לא מפותחות פוטוסינתטיות.
הגלוקוז משמש כמקור להשגת אנרגיה בצורה של ATP או ליצירת פחמימות מורכבות יותר עם פונקציות מבניות, אך חלק מהביניים שנוצרו במהלך מסלול הגלוקילט יכולים לשמש גם לסינתזה של רכיבים סלולריים אחרים.
במיקרואורגניזמים
התפקיד העיקרי של מחזור הגליוקסילט במיקרואורגניזמים הוא לספק מסלול מטבולי "אלטרנטיבי", כך שמיקרואורגניזמים מסוגלים לנצל מקורות אחרים של פחמן ואנרגיה לצמיחתם.
כזה הוא המקרה של החיידק Escherichia coli, בו, כאשר הרמות של כמה ביניים של גליקוליזה ומחזור חומצת לימון יורדות (איזוציטרט, 3-פוספוגליצרט, פירובט, פוספינולפירובט ואוקסאלואצטט), האנזים איזוציטרט דהידרוגנאז (אשר משתתף במחזור קרבס) מעוכב ואיזוציטרט מכוון למסלול הגליוקסילט.
אם מסלול זה פעיל כאשר החיידקים גדלים במדיום עשיר באצטט, למשל, ניתן להשתמש במטבוליט זה לסינתזה של חומצות קרבוקסיליות עם ארבעה אטומי פחמן, שבהמשך יכולים להביא להיווצרות של פחמימות אנרגטיות. .
עבור אורגניזמים אחרים כמו פטריות, למשל, הוכח כי הפתוגניות תלויה מאוד בנוכחות מחזור גליוקסילט פעיל, ככל הנראה מסיבות מטבוליות.
הפניות
- Dey, P., & Harborne, J. (1977). ביוכימיה צמחית. סן דייגו, קליפורניה: העיתונות האקדמית.
- Ensign, SA (2006). בחינת מחזור הגליוקסילט: מסלול חלופי להטמעת אצטט מיקרוביאלי. מיקרוביולוגיה מולקולרית, 61 (2), 274–276.
- גארט, ר 'וגרישם, סי (2010). ביוכימיה (מהדורה רביעית). בוסטון, ארה"ב: ברוקס / קול. לימוד CENGAGE.
- Lorenz, MC, & Fink, GR (2001). מחזור הגליוקסילט נדרש לנגיף פטרייתי. טבע, 412, 83-86.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). ביוכימיה (מהדורה שלישית). סן פרנסיסקו, קליפורניה: פירסון.
- ראון, ג'יי.די (1998). בִּיוֹכִימִיָה. ברלינגטון, מסצ'וסטס: הוצאת ניל פטרסון.
- Vallarino, JG, & Osorio, S. (2019). חומצה אורגנית. בפיזיולוגיה אחרי הבציר וביוכימיה של פירות וירקות (עמ '207-224). Elsevier Inc.