Embden-Meyerhof-Parnas-Banen

Glykolyse kan grovt defineres som en energigivende vei som resulterer i spaltning av en heksose (glukose) til en triose (pyruvat). Selv om begrepet er ofte tatt for å være synonymt Med Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) vei, andre glykolytiske veier eksisterer, blant Dem Entner-Doudoroff vei som går via en glukonsyre mellomliggende og et komplekst sett av omarrangementer som går via en pentose mellomliggende (Figur 1).

Figur 1. Glykolytiske veier Av Escherichia coli. Veien lengst til venstre er emden-Meyerhof-Parnas-veien; Den lengst til høyre Er Entner-Doudoroff-veien. Genene som koder for de store enzymene i banene er vist i kursiv. Fet piler indikerer produksjon eller forbruk av høy-energi obligasjoner (I FORM AV ATP eller PEP) eller redusere makt (SOM NADH ELLER NADPH). Den buede, fet linje nær toppen av figuren representerer cytoplasmatisk membran; reaksjoner over den buede linjen forekommer i periplasma, de under den forekommer i cytoplasma.

EMP-banen er tilstede i organismer fra hver gren av bakteriene, arkea og eukarya. Det er klart at dette er en tidlig evolusjonær tilpasning, sannsynligvis tilstede i forfederen til alle nåværende livsformer. DETTE antyder AT EMP-banen utviklet seg i en anaerob, fermentativ verden. Imidlertid fungerer banen også effektivt som grunnlag for aerob respirasjon av glukose. Forskjellene mellom gjæring og respirasjon ligger i stor grad i de forskjellige skjebner av pyruvat produsert (se senere). For enkelhet fokuserer denne diskusjonen PÅ EMP-banen i den velkjente bakterien Escherichia coli, selv om de grunnleggende egenskapene til banen er nesten universelle.

før glukosemetabolismen begynner, må den transporteres inn i cellen og fosforyleres. I E. coli er disse to prosessene nært koblet slik at glukosen fosforyleres av fosfotransferasesystemet (PTS) når den passerer inn i cellen. Siden glukose-6-fosfat (G-6-P), som de fleste om ikke alle sukkerfosfater, er giftig ved høye cellulære konsentrasjoner, er denne transportprosessen tett regulert. Transkripsjon av det glukose-spesifikke transportørgenet, ptsG, er maksimalt bare når syklisk adenosinmonofosfat (cAMP) (signaleringsenergibegrensning) akkumuleres. Videre er oversettelse av ptsG messenger RNA (mRNA) hemmet av de små RNA sgrS, som produseres når G-6-P akkumuleres. Dermed reduseres importen og samtidig fosforylering Til G-6-P når etterspørselen etter mer energi er lav eller konsentrasjonen Av G-6-P er farlig høy.

i fravær Av Et ptsg-protein kan andre pts-koblede transportører, spesielt den mannosespesifikke transportøren ManXYZ, også transportere og fosforylere glukose. Imidlertid vokser ptsG-mutanter langsommere på glukose enn på villtype-stammer. Fri glukose kan også akkumulere intracellulært fra nedbrytning av glukoseholdige oligosakkarider som laktose eller maltose. Innføring av intracellulær glukose i EMP-banen skjer via en heksokinase kodet av glk-genet.

DE neste to trinnene I EMP-banen forbereder G-6-P for spaltning i to triosefosfater. Først omdanner en reversibel fosfoglukoseisomerase (pgi-gen) G-6-P til fruktose-6-fosfat. En pgi-mutant kan fortsatt vokse sakte på glukose ved å bruke andre glykolytiske veier (se senere), men EMP-banen er blokkert i en pgi-mutant. Den resulterende fruktose-6-fosfat fosforyleres videre I c1-posisjonen til fruktose-1,6, – bisfosfat på bekostning av adenosintrifosfat (ATP) av en fosfofructokinase kodet av pfkA. Et andre mindre isozym av fosfofructokinase kodet av pfkB tillater langsom vekst av pfkA mutanter. Et potensielt konkurrerende sett av fosfataser som fjerner C1 fosfat fra fruktose-1,6, – bisfosfat funksjon under glukoneogenese, men er kontrollert under glykolyse av en rekke tilbakekoblingsmekanismer for å hindre fåfengt sykling.

den neste reaksjonen i banen er spaltningen av fruktose-1,6-bisfosfat til to triosefosfater som gir banen sitt navn (glykolyse = sukkerbrudd). Denne reversible reaksjonen utføres av fruktosebisfosfataldolase (fbaa-gen) og gir dihydroksyacetonfosfat (DHAP) og glyceraldehydfosfat (GAP) som produkter. Et sekund, ikke-relatert aldolase (fbab-gen) produseres kun under glukoneogenese og spiller dermed ingen rolle i glykolyse. De to triosefosfatene er fritt interkonverterbare via triosefosfatisomerase (tpi-gen). DHAP er et viktig substrat for lipidbiosyntese. GAP er en viktig knutepunkt i glykolyse; to andre vanlige glykolytiske veier (se nedenfor) blir MED I EMP-banen ved GAP.OPP til dette punktet KAN EMP-banen betraktes som en biosyntetisk vei siden den gir tre viktige biosyntetiske byggeblokker (G-6-P, fruktose-6-fosfat og DHAP) på BEKOSTNING AV ATP og uten oksidative trinn. Det neste trinnet er oksidativ fosforylering AV GAP til 1,3-difosfoglyserinsyre, en høy-energiforbindelse. Inkorporeringen av uorganisk fosfat VED GAP dehydrogenase (gapA-gen) er koblet til reduksjonen AV NAD+ TIL NADH. Under aerobe forhold reoksideres DENNE NADH ved hjelp av luftveiene for å gi ATP. UNDER anaerobe forhold reoksideres DENNE NADH ved kobling til reduksjon av produkter avledet fra pyruvat eller ANDRE EMP-banemellomprodukter. Enzymet fosfoglyseratkinase (pgk-genet) fosforylerer deretter adenosindifosfat (ADP) TIL ATP på BEKOSTNING Av c1-fosfatet av 1,3-difosfoglyserat. Dette er den første av to substratnivå fosforyleringer hvor fosfat overføres fra et svært reaktivt substrat direkte til ADP uten involvering av MEMBRANEN ATP syntase.

de neste to trinnene omorganiserer det resulterende 3-fosfoglyseratet til det siste høy-energi-mellomproduktet av banen, fosfoenolpyruvat (PEP). Først overføres fosfatet Fra c3-posisjonen Til C2-posisjonen ved hjelp av en fosfoglyseratmutase. Det er to evolusjonært urelaterte isozymer, hvorav den ene (kodet av gpma-genet) krever et 2,3-bisfosfoglyserat som en kofaktor og det andre (gpmM-genet)ikke. Selv Om E. coli, Bacillus subtilis og noen andre bakterier har begge isozymer, har mange organismer bare den ene eller den andre. For eksempel har gjær Saccharomyces cerevisiae, bakterien Mycobacterium tuberculosis og alle vertebrater bare det kofaktor-avhengige enzymet, mens høyere planter, archaea og bakterien Pseudomonas syringae bare har det kofaktor-uavhengige enzymet. Et tredje isozym (ytjC-gen) ser ut til å eksistere I E. coli, selv om dets rolle er mindre klar.

det omarrangerte 2-fosfoglyseratet blir deretter dehydrert av en enolase (eno-gen) for å gi nøkkelen mellomliggende, PEP. Selv om pyruvat generelt anses å være sluttproduktet AV EMP-banen, kan DET hevdes AT PEP deler den æren. PEP er den ultimate kilden til fosfat for PtsG-mediert transport / fosforylering av glukose som initierer banen. I tillegg er enzymet enolase en nødvendig del av degradasomet som fungerer med de små RNA sgrS (beskrevet tidligere) for å hemme oversettelse av ptsG mRNA og stimulere nedbrytning av ptsG mRNA. Dette reduserer genereringen av den ellers giftige opphopningen Av G-6-P.

Det er verdt å merke seg AT PEP er et grenpunkt under både aerobe og anaerobe forhold. Karboksyleringen AV PEP ved PEP-karboksylase (ppc-gen) gir oksaloacetat, som kondenserer med acetyl-CoA avledet fra pyruvat for å danne citrat for å kjøre både trikarboksylsyre (TCA) syklusen og glyoksylat shunt aerobisk. Under gjæring er dette samme oksaloacetat et mellomprodukt i den reduktive (nad regenererende) vei til succinat. I tillegg brukes DET PEP-avledede oksaloacetatet (via en del AV tca-syklusen) for biosyntese av glutaminsyre selv under anaerobe forhold.

den siste reaksjonen er en substratnivå fosforylering AV ADP TIL ATP på bekostning AV PEP for å gi pyruvat. De to isozymene av pyruvatkinase (pyka-og pykf-gener) aktiveres av sukkerfosfater, og produktet av pykf-genet viser positiv kooperativitet med hensyn til substratet PEP, som igjen har en tendens til å forhindre akkumulering av dette fosforylerte mellomproduktet og dermed forhindre generering av Mer G-6-P via DEN PEP-avhengige ptsg-transportmekanismen.

på SLUTTEN AV EMP-banen omdannes 1 mol glukose til 2 mol pyruvat, som kan brukes til videre katabolisme eller for biosyntese. Det gir også 2 mol AV ATP og 2 mol AV NADH (som må reoxidiseres for at banen skal fortsette å fungere). Siden banen genererer flere giftige mellomprodukter, er det ikke overraskende at fluxen gjennom banen er tett regulert. Enzymene i veien reagerer raskt på variasjoner i tilbud og etterspørsel ved tilbakemeldingshemming og substrataktivering av enzymaktiviteter. De reagerer også (langsommere) ved transkripsjonell regulering av genuttrykk som svar på globale regulatorer som varierer fra organisme til organisme.EMP-banen fungerer for å generere både biosyntetiske mellomprodukter og katabolsk energi fra glukose. Det tjener imidlertid også som en sentral stamme linje som mange andre katabolske veier mate. G-6-P, fruktose-6-fosfat, DHAP og GAP er vanlige veikryss hvor katabolske veier for sukker, alkoholer, fett og organiske syrer mates inn I EMP-banen.