Embden–Meyerhof-Parnas経路

解糖は、ヘキソース(グルコース)がトリオース(ピルビン酸)に切断されるエネルギー生成経路として広く定義することができる。 この用語はエンデン・マイヤーホフ・パルナス(EMP)経路と同義とされることが多いが、グルコン酸中間体を介して進行するエントナー・ダウドロフ経路や、ペントース中間体を介して進行する複雑な転位のセットなど、他の解糖経路が存在する(図1)。

図1。 大腸菌の解糖経路。 左から最も遠い経路はエムデン-マイヤーホフ-パルナス経路であり、右から最も遠い経路はエントナー-ドゥードロフ経路である。 経路の主要な酵素をコードする遺伝子は斜体で示されている。 太字の矢印は、高エネルギー結合の生成または消費（ATPまたはPEPの形）または還元力（NADHまたはNADPHとして）を示しています。 図の上部付近の曲線状の太字の線は、細胞質膜を表しています; その曲線の上の反応はペリプラズムで起こり、その下の反応は細胞質で起こる。EMP経路は、細菌、古細菌、および真核生物のすべての枝からの生物に存在する。

EMP経路は、細菌、古細菌、および真核生物 明らかに、これは初期の進化的適応であり、おそらく現在のすべての生命形態の祖先に存在する。 このことは，ｅｍｐ経路が嫌気性発酵の世界で進化したことを示唆している。 しかし、この経路はグルコースの好気性呼吸の基礎としても効率的に機能する。 発酵と呼吸の違いは、主に生成されたピルビン酸の運命の違いにあります（後述）。 簡単にするために、この議論は、よく知られている細菌Escherichia coliにおけるEMP経路に焦点を当てているが、経路の基本的な特徴はほぼ普遍的である。

グルコース代謝が始まる前に、それを細胞に輸送し、リン酸化しなければならない。 大腸菌では、これらの2つのプロセスは密接に結合されており、グルコースが細胞に入るときにホスホトランスフェラーゼ系（PTS）によってリン酸化される。 グルコース-6-リン酸（G-6-P）は、すべてではないにしてもほとんどの糖リン酸塩と同様に、高細胞濃度で毒性があるため、この輸送プロセスは厳密に規制されている。 グルコース特異的トランスポーター遺伝子、ptsGの転写は、サイクリックアデノシン一リン酸（cAMP）（シグナル伝達エネルギー制限）が蓄積する場合にのみ最大である。 さらに、ＰＴＳＧメッセンジャー ＲＮＡ（ｍＲＮＡ）の翻訳は、Ｇ−６−Ｐが蓄積するときに産生される小ＲＮＡ ＳＧＲによって阻害される。 従って、Ｇ−６−Ｐへのインポート及びそれに付随するリン酸化は、より多くのエネルギーに対する要求が低いか又はＧ−６−Ｐの濃度が危険なほど高い時に

PtsGタンパク質の非存在下では、他のPTS結合トランスポーター、特にマンノース特異的トランスポーター、ManXYZもグルコースを輸送し、リン酸化することができます。 しかし、ptsG変異体は、野生型株よりもグルコース上でよりゆっくりと成長する。 遊離グルコースはまた、ラクトースまたはマルトースのようなグルコース含有オリゴ糖の分解から細胞内に蓄積することができる。 EMP経路への細胞内グルコースの侵入は、glk遺伝子によってコードされるヘキソキナーゼを介して起こる。

EMP経路の次の二つのステップは、二つのトリオースリン酸塩への切断のためのG-6-Pを準備します。

まず、可逆的ホスホグルコースイソメラーゼ（pgi遺伝子）は、G-6-Pをフルクトース-6-リン酸に変換する。 Pgi変異体は、他の解糖経路（後述）を使用することによってグルコース上でゆっくりと成長することができるが、EMP経路はpgi変異体ではブロックされる。 得られたフルクトース-6-リン酸は、pfkaによってコードされるホスホフルクトキナーゼによってアデノシン三リン酸（ATP）を犠牲にして、C1位でフルクトース-1,6,-ビスリン酸にさらにリン酸化される。 Pfkbによってコードされるホスホフルクトキナーゼの第二のマイナーなアイソザイムは、pfkA変異体の遅い成長を可能にします。 フルクトース-1,6、-bisphosphateからc1リン酸塩を削除するホスファターゼの潜在的に競合するセットは、糖新生中に機能しますが、無駄なサイクリングを防ぐため

経路における次の反応は、フルクトース-1,6-ビスリン酸の二つのトリオースリン酸塩への切断であり、経路にその名前を与える（解糖=糖破損）。 この可逆反応はフルクトースビスリン酸アルドラーゼ（ｆｂａａ遺伝子）によって行われ，生成物としてジヒドロキシアセトンリン酸（ＤＨＡＰ）とグリセルアルデヒドりん酸（ＧＡＰ）を生成する。 第二に、無関係なアルドラーゼ（fbaB遺伝子）は、糖新生の間にのみ作られ、したがって解糖には役割を果たしていません。 二つのトリオースリン酸はトリオセホスフェートイソメラーゼ（ｔｐｉ遺伝子）を介して自由に相互変換可能である。 DHAPは脂質の生合成のための主基質です。 GAPは解糖の重要なノードであり、他の2つの一般的な解糖経路（下記参照）がGAPでEMP経路に結合する。この時点まで、EMP経路は、ATPを犠牲にして酸化的ステップを伴わずに3つの重要な生合成ビルディングブロック（G-6-P、フルクトース-6-リン酸、およびDHAP）を 次のステップは、高エネルギー化合物である1,3-ジホスホグリセリン酸へのGAPの酸化的リン酸化である。 ＧＡＰデヒドロゲナーゼ（ｇａｐａ遺伝子）による無機りん酸塩の取り込みは，ＮＡＤ＋のＮＡＤＨへの還元に結合している。 好気性条件下では、このNADHは呼吸鎖を用いて再酸化され、ATPが得られる。 嫌気性条件下では、このNADHは、ピルビン酸または他のEMP経路中間体に由来する生成物の還元に結合することによって再酸化される。 酵素ホスホグリセリン酸キナーゼ（pgk遺伝子）は、1,3-ジホスホグリセリン酸のC1リン酸を犠牲にしてアデノシン二リン酸（ADP）をATPにリン酸化する。 これは、リン酸塩が膜ATPシンターゼの関与なしにADPに直接反応性の高い基板から転送される二つの基板レベルのリン酸化の最初のものです。

次の二つのステップは、得られた3-ホスホグリセリン酸を経路の最後の高エネルギー中間体であるホスホエノールピルビン酸（PEP）に再配置する。 最初に、リン酸塩はホスホグリセリン酸ムターゼによってC3位からC2位に移される。 二つの進化的に無関係なアイソザイムがあり、そのうちの一つ（gpmA遺伝子によってコードされる）は補因子として2,3-ビスホスホグリセリン酸を必要とし、もう一つ（gpmM遺伝子）はそうではない。 大腸菌、枯草菌、および他のいくつかの細菌は両方のアイソザイムを有するが、多くの生物は一方または他方しか有していない。 例えば、酵母Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、細菌Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ、および全ての脊椎動物は補因子依存性酵素のみを有し、高等植物、古細菌および細菌Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｙｒｉｎｇａｅは補因子非依存性酵素のみを有する。 第三のアイソザイム（ytjC遺伝子）は、その役割はあまり明確ではないが、大腸菌に存在するように見えます。

再配置された2-ホスホグリセリン酸は、その後、エノラーゼ（eno遺伝子）によって脱水され、重要な中間体、PEPが得られる。 ピルビン酸は一般にEMP経路の最終産物であると考えられているが、PEPはその名誉を共有していると主張することができる。 PEPはパスを始めるブドウ糖のPtsG仲介された輸送/リン酸化のための隣酸塩の最終的な源である。 さらに、酵素エノラーゼは、ＰＴＳＧ ｍＲＮＡの翻訳を阻害し、ＰＴＳＧ ｍＲＮＡの分解を刺激するために、ｓｍａｌｌ ＲＮＡ ＳＧＲＳ（先に記載された）と共に機能する分解酵素の必要な部分である。 これは、G-6-Pの毒性蓄積の生成を減少させる。

PEPは好気性および嫌気性条件下の両方で分岐点であることに注目する価値がある。 PEPカルボキシラーゼ（ppc遺伝子）によるPEPのカルボキシル化は、ピルビン酸から誘導されたアセチルCoAと凝縮してクエン酸を形成し、トリカルボン酸（TCA）サイクルとグリオキシル酸シャントの両方を好気的に実行するためのoxaloacetateを提供する。 発酵中、この同じオキサロ酢酸は、コハク酸への還元（NAD再生）経路の中間体である。 さらに、PEP得られたoxaloacetateは嫌気性の条件の下でグルタミン酸の生合成のために（TCA周期の部分によって）使用されます。

最後の反応は、pepを犠牲にしてadpのATPへの基質レベルのリン酸化であり、ピルビン酸塩を生成する。

最後の反応は、pepを犠牲にしてadpのatpへの基質レベ ピルビン酸キナーゼ（ｐｙｋａ遺伝子とｐｙｋｆ遺伝子）の二つのアイソザイムは糖りん酸塩によって活性化され，ｐｙｋｆ遺伝子の生成物は基質ＰＥＰに対して正の協同性を示し，このリン酸化中間体の蓄積を防止し，ＰＥＰ依存性Ｐｔｓｇ輸送機構を介してより多くのＧ-６-Ｐの生成を防止する傾向がある。

EMP経路の終わりに、1モルのグルコースが2モルのピルビン酸に変換され、これはさらなる異化または生合成に使用することができる。 それはまた、2molのATPおよび2molのNADH（経路が作動し続けるためには再酸化されなければならない）をもたらす。 経路はいくつかの有毒な中間体を生成するので、経路を通る流束が厳密に調節されていることは驚くべきことではない。 経路の酵素は、フィードバック阻害および酵素活性の基質活性化によって需要と供給の変化に迅速に応答する。 彼らはまた、生物から生物に変化する世界的な調節因子に応答して遺伝子発現の転写調節によって（よりゆっくりと）応答する。

EMP経路はグルコースから生合成中間体と異化エネルギーの両方を生成するように機能する。 但し、それはまた他の多くの異化作用の細道が与える中央幹線として役立ちます。 G-6-P、フルクトース-6-リン酸、DHAP、およびGAPは、糖、アルコール、脂肪、および有機酸の異化経路がEMP経路に供給される共通の接合点である。