이 Embden–Meyerhof–파르나스 경로

작용으로 대체로 정의될 수 있는 에너지 산출 경로에서 결과 분열의 탄당(포도당)을 triose(pyruvate). 는 용어는 하지만 종종 동의어로 Embden–Meyerhof–파르나스(EMP)경로 다른 당분 경로 존재하고,그 중에서도 Entner–Doudoroff 통로는 수익금을 통해 gluconic acid 중고 복잡한 설정의 재배치는 진행을 통해 오탄급(그림 1).

림 1. 대장균의 당분 해 경로. 왼쪽에서 가장 먼 통로는 Emden-Meyerhof-Parnas 통로이며,오른쪽에서 가장 먼 통로는 Entner-Doudoroff 통로입니다. 경로의 주요 효소를 코딩하는 유전자는 이탤릭체로 표시됩니다. 굵은 화살표는 고 에너지 결합(ATP 또는 PEP 형태)또는 감소 전력(NADH 또는 NADPH)의 생산 또는 소비를 나타냅니다. 그림의 상단 근처의 구부러진 굵은 선은 세포질 막을 나타냅니다; 그 곡선 위의 반응은 periplasm 에서 일어나고,그 아래의 것들은 세포질에서 발생합니다.

EMP 경로는 박테리아,archaea 및 eukarya 의 모든 지점에서 유기체에 존재합니다. 분명히 이것은 초기 진화 적 적응이며,아마도 현재의 모든 생명체의 조상에 존재할 것입니다. 이것은 EMP 경로가 혐기성,발효 성 세계에서 진화했다는 것을 암시한다. 그러나,경로는 또한 포도당의 호기성 호흡의 기초로서 효율적으로 기능한다. 발효와 호흡의 차이는 생산 된 피루 베이트의 다른 운명에 크게 놓여 있습니다(나중에 참조). 단순화를 위해,이 논의는 경로의 기본 기능이 거의 보편적이지만 잘 알려진 박테리아 대장균의 EMP 경로에 중점을 둡니다.

포도당 대사가 시작되기 전에 세포로 운반되어 인산화되어야합니다. 대장균에서,이 두 과정은 포도당이 세포 내로 통과 할 때 포스 포 트랜스퍼 라제 시스템(pts)에 의해 인산화되도록 밀접하게 결합되어있다. 포도당-6-인산염(G-6-P)은 대부분의 경우 모든 설탕 인산염과 마찬가지로 높은 세포 농도에서 독성이 있으므로이 수송 과정은 엄격하게 규제됩니다. 전사의 포도당-특정 수송,유전자 ptsG,은 최대한의 경우에만 주기적 아데노신 monophosphate(cAMP)(신호 에너지 제한)축적된다. 더욱이,ptsG 메신저 RNA(mRNA)의 번역은 g-6-P 가 축적 될 때 생성되는 작은 RNA sgrS 에 의해 억제된다. 따라서 수입 및 수반하는 인 산화 G-6-P 감소할 때마다 요구에 대한 에너지를 더 낮은 농도의 G-6-P 은 위험이 높습니다.

의 부재에서 PtsG 단백질,다른 PTS-연결된 전송기,특히 스 특정 수송,ManXYZ,수은 또한 수송 및 phosphorylate 포도당입니다. 그러나 ptsG 돌연변이 체는 야생형 균주보다 포도당에서 더 천천히 자랍니다. 유리 포도당은 또한 유당이나 말토오스와 같은 포도당 함유 올리고당의 분해로부터 세포 내 축적 될 수 있습니다. EMP 경로로의 세포 내 포도당의 진입은 glk 유전자에 의해 암호화 된 헥소 키나아제를 통해 발생한다.

EMP 경로의 다음 두 단계는 g-6-P 를 2 개의 트리 오스 인산염으로 분열시키기 위해 준비합니다. 첫째,가역적 인 포스 포 글루코스 이소 머라 제(pgi 유전자)는 g-6-P 를 과당-6-인산염으로 전환시킨다. Pgi 돌연변이 있습 아직도 성장을 천천히 포도를 사용하여 다른 당분 경로(나중에 참조)지만,EMP 통로 차단이 필요하다고 인정되는 경우 돌연변이입니다. 결과 fructose-6-phosphate 더 phosphorylated at the C1 위치 fructose-1,6,-bisphosphate 비용에서의 아데노신 삼인산(ATP)에 의해 포스과 인코딩된 pfkA. PfkB 에 의해 인코딩 된 phosphofructokinase 의 두 번째 사소한 isozyme 은 pfka 돌연변이 체의 느린 성장을 허용합니다. 잠재적으로 경쟁의 집합을 가수분해를 제거하는 C1 인산에서 fructose-1,6,-bisphosphate 기능을하는 동안 당신 생나 제어되는 동안 분해에 의해 다양한 피드백을 메커니즘을 방지하는 쓸데없는 자전거입니다.

다음에서 반응을 이 길은 분열의 fructose-1,6-bisphosphate 을 두 triose 인산염을 제공하는 통로 그 이름(분해=설탕 파손). 이 가역적 인 반응은 과당 비스 포스페이트 알 돌라 제(fbaA 유전자)에 의해 수행되고 산물로서 디 히드 록시 아세톤 포스페이트(DHAP)및 글리세 알데히드 포스페이트(GAP)를 산출한다. 두 번째,관련이 없는 aldolase(fbaB 유전자)은 만하는 동안 당신 생 따라서 어떤 역할도 수행하지 않에서 분해. 2 개의 트리 오스 인산염은 트리오 세 포스페이트 이소 머라 제(tpi 유전자)를 통해 자유롭게 상호 전환 가능하다. DHAP 는 지질 생합성을위한 핵심 기질입니다. GAP 은 당분 해에서 중요한 노드입니다;두 개의 다른 일반적인 당분 해 경로(아래 참조)가 GAP 에서 EMP 경로에 합류합니다.

이 시점까지,EMP 통로로 간주될 수 있는 생합성 경로부터 그 수익률은 세 가지 주요 생합성 빌딩 블록(G-6-P,fructose-6-phosphate,and DHAP)의 비용으 ATP 없이 모든 산화 단계가 있습니다. 다음 단계는 고 에너지 화합물 인 1,3-디 포스 포 글리세린 산으로의 gap 의 산화 적 인산화이다. GAP 탈수소 효소(gapA 유전자)에 의한 무기 인산염의 혼입은 NAD+의 nadh 로의 환원에 결합된다. 호기성 조건 하에서,이 NADH 는 호흡 사슬을 사용하여 재산 화되어 ATP 를 산출한다. 혐기성 조건 하에서,이 NADH 는 피루 베이트 또는 다른 EMP 경로 중간체로부터 유도 된 생성물의 환원에 결합함으로써 재산 화된다. 효소 포스 포 글리세 레이트 키나아제(pgk 유전자)는 1,3-디 포스 포 글리세 레이트의 c1 포스페이트를 희생시키면서 아데노신 디 포스페이트(ADP)를 ATP 로 인산화시킨다. 이것은 인산염이 막 ATP 합성 효소의 관여없이 반응성이 높은 기질에서 ADP 로 직접 전달되는 두 가지 기질 수준의 인산화 중 첫 번째입니다.

다음 두 단계는 생성 된 3-포스 포 글리세 레이트를 경로의 마지막 고 에너지 중간체 인 포스 포에 놀 피루 베이트(PEP)로 재 배열한다. 먼저,인산염은 포스 포 글리세 레이트 뮤타 아제에 의해 C3 위치에서 C2 위치로 옮겨진다. 두 가지가 있 진화 관련이 없는 동위 효소의 하나는(인코딩에 의해 gpmA 유전자)이 필요합 2,3-bisphosphoglycerate as a cofactor 및 기타(gpmM 유전자)하지 않습니다. 하지만 대장균,고초균,그리고 다른 어떤 박테리아 모두가 동위 효소,많은 생물이 하나만 있습니다. 예를 들어,yeast Saccharomyces cerevisiae,박테리아 결핵균,그리고 모든 척추동물이 만 cofactor 따라 효소 반면,높은 식물,고세균 및 박테리아 녹 파일링해야만 cofactor-독립적인 효소입니다. 세 번째 이소 자임(ytjC 유전자)은 그 역할이 덜 명확하지만 대장균에 존재하는 것으로 보인다.

재 배열 된 2-포스 포 글리세 레이트는 enolase(eno gene)에 의해 탈수되어 핵심 중간체 인 PEP 를 산출한다. Pyruvate 는 일반적으로 EMP 경로의 최종 생성물로 간주되지만 PEP 는 그 명예를 공유한다고 주장 할 수 있습니다. PEP 는 경로를 시작하는 포도당의 PtsG 매개 수송/인산화를위한 인산염의 궁극적 인 공급원입니다. 또한,효소 enolase 의 필수 부분에 degradasome 는 기능을 가진 작은 RNA sgrS(앞에서 설명)을 억제하는 번역의 ptsG mRNA 을 자극하의 성능 저하 ptsG mRNA. 이 감소의 차세대 그렇지 않으면 독성이 축적 G-6-P.

주목할 필요가 있는 응원가의 분기점 모두에서 호기성 및 혐기성 조건입니다. 의 카르복시화 응원에 의해 PEP carboxylase ppc(유전자)가 제공하어냅는 응축으로 acetyl-CoA 에서 파생된 pyruvate 을 형성하는 구연산을 위한 모두 실행하 tricarboxylic 산(TCA)기 glyoxylate 션트 호기성으로. 발효 도중,이 동일한 oxaloacetate 는 숙신산에 환원성(nad 회생)경로에 있는 중간물입니다. 또한,PEP 유래 옥살로 아세테이트는 혐기성 조건 하에서도 글루탐산의 생합성을 위해(TCA 사이클의 일부를 통해)사용된다.

마지막 반응은 PEP 를 희생시키면서 ATP 에 대한 ADP 의 기질 수준의 인산화로 피루 베이트를 수득 할 수있다. 두 동위 효소의 pyruvate 키(pykA 및 pykF 유전자)활성화된 설탕에 의해 인산염과 제품의 pykF 유전자여 긍정적인 협동성과 관련하여 기판 PEP,다시 돌보의 축적을 방지하기 위해 이 phosphorylated 중고 따라서의 발생을 방지 더 G-6-P 을 통해 PEP-의존 PtsG 전송 메커니즘이 있습니다.

EMP 경로의 끝에서,1 몰의 포도당은 2 몰의 피루 베이트로 전환되며,이는 추가 이화 작용 또는 생합성에 사용될 수있다. 또한 2 몰의 ATP 와 2 몰의 NADH 를 산출합니다(경로가 계속 작동하려면 재산 화되어야합니다). 이 경로 생성하는 여러 가지독성 중간체,그것은 놀라운 유출 경로를 통해 단단히 통제된다. 경로의 효소는 피드백 억제 및 효소 활성의 기질 활성화에 의해 수요와 공급의 변화에 빠르게 반응한다. 그들은 또한 유기체마다 다른 세계적 조절제에 반응하여 유전자 발현의 전사 조절에 의해(더 천천히)반응한다.

EMP 경로는 포도당으로부터 생합성 중간체 및 이화 작용 에너지를 모두 생성하는 기능을한다. 그러나,그것은 또한 많은 다른 이화 경로가 먹이를 먹는 중앙 트렁크 라인 역할을합니다. G-6-P,fructose-6-phosphate,DHAP 및 GAP 는 당,알콜,지방 및 유기산에 대한 이화 경로가 EMP 경로로 공급되는 일반적인 접합점입니다.