Sciencemag.cz
Doporučujeme
Citrátový cyklus (cyklus kyseliny citrónové, Krebsův cyklus) představuje ústřední metabolickou dráhu všech aerobních organismů, ale používá ho i většina organismů anaerobních. Cílem spřažených reakcí (alespoň u aerobních organismů) je oxidace a degradace kyseliny citronové (ta vzniká oxidací glukózy) na oxid uhličitý. Uvolňovaná energie se přitom ukládá (přes redukované formy koenzymů) ve formě ATP.
Již nějakou dobu je známo, že celý citrátový cyklus může u některých bakterií probíhat i obráceně – jde o syntetickou reakci trochu podobnou fotosyntéze, způsob, jak z oxidu uhličitého vytvořit organické sloučeniny. Na rozdíl od fotosyntézy, která zahrnuje využití sluneční energie, při obráceném citrátové cyklu buňka ovšem spotřebovává vlastní zásobní energii. Čistě autotrofní organismus by proto na této reakci být založen nemohl, potřeboval by ještě nějakou další reakci k zisku energie.
Obrácený citrátový cyklus se liší enzymy, které se na něm účastní (citrátsyntáza, citrátlyáza). Tým, který vedli Ivan Berg (University of Münster) a Wolfgang Eisenreich (Technical University of Munich), nyní zjistil, že zpětný cyklus je celkem náročný, vyžaduje nejenom velké koncentrace enzymu, ale i oxidu uhličitého. Přesněji řečeno, je to celé ještě trochu složitější: bez vysoké koncentrace oxidu uhličitého může reakce probíhat také, ale je pak mnohem dražší na spotřebovanou ATP. Vzduch dnes obsahuje asi 0,04 % CO2, bakterie pro energeticky výhodnější syntézu kyseliny citronové vyžadují stonásobek. Nicméně před vznikem kyslíkové atmosféry byl oxid uhličitý spolu s dusíkem dominantní složkou atmosféry; podle studie publikované v Nature je tato metabolická cesta zřejmě pozůstatkem dávné evoluční minulosti, kdy příslušná reakce mohla být velmi významná.
Vědci studovali anaerobní bakterie Hippea maritima a Desulfurella acetivorans. Tyto organismy žijí v bezkyslíkatém prostředí horkých pramenů, kde může být koncentrace oxidu uhličitého převyšovat i 90 % plynné složky. Další pokusy ukázaly, že byly schopny růst velmi dobře při 20 % a 40 % CO2 v atmosféře, avšak pouze pomalu v 5% CO2 při 2% koncentraci už vůbec. (Naopak pro srovnání studované bakterie Desulfobacter hydrogenophilus, která provádějí energeticky nákladnější verzi zpětného citrátového cyklu, na koncentraci oxidu uhličitého takto nezávisejí.) Jak se zdá, buňky provádějí klasický i zpětný cyklus právě podle koncentrace oxidu uhličitého. Buď používají redukční směr k fixaci CO2, nebo – při dostupnosti jiného zdroje organického uhlíku – směr oxidační. Přechod nevyžaduje žádnou regulaci na úrovni genů a jejich exprese, může k němu proto dojít v závislosti na změnách vnějších podmínek velmi rychle.
Lydia Steffens et al. High CO2 levels drive the TCA cycle backwards towards autotrophy, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03456-9
Zdroj: University of Münster / Phys.org a další
