a via Embden–Meyerhof-Parnas

glicólise pode ser definida em termos gerais como uma via de produção de energia que resulta na clivagem de uma hexose (glucose) a uma triose (piruvato). Embora o termo muitas vezes é tomada como sinônimo de Embden–Meyerhof–Parnas (EMP) via, outras glycolytic vias de existir, entre eles, o Entner–Doudoroff caminho que procede por meio de um ácido glucónico intermediário e um conjunto complexo de rearranjos que procedem através de uma pentose intermediário (Figura 1).

a Figura 1. As vias glicolíticas de Escherichia coli. O caminho mais distante para a esquerda é o caminho Emden-Meyerhof-Parnas; o mais distante para a direita é o caminho Entner-Doudoroff. Os genes que codificam as principais enzimas das vias são mostrados em itálico. As setas a negrito indicam a produção ou o consumo de ligações de alta energia (sob a forma de ATP ou PEP) ou de potência redutora (sob a forma de NADH ou NADPH). A linha curva, a negrito, perto do topo da figura, representa a membrana citoplásmica; reações acima dessa linha curva ocorrem no periplasma, aqueles abaixo dele ocorrem no citoplasma.

a via EMP está presente em organismos de todos os ramos das bactérias, archaea e eukarya. Claramente, esta é uma adaptação evolutiva precoce, provavelmente presente no ancestral de todas as formas de vida atuais. Isto sugere que a via EMP evoluiu num mundo anaeróbico e fermentar. No entanto, a via também funciona eficientemente como base para a respiração aeróbica da glicose. As diferenças entre a fermentação e a respiração residem, em grande parte, nos diferentes destinos do piruvato produzido (ver mais adiante). Para simplificar, esta discussão centra-se na Via EMP na conhecida bactéria Escherichia coli, embora as características básicas da via sejam quase universais.antes do início do metabolismo da glucose, deve ser transportado para a célula e fosforilado. Na E. coli, estes dois processos estão intimamente ligados de modo a que a glucose seja fosforilada pelo sistema de fosfotransferase (PTS) à medida que passa para a célula. Uma vez que a glicose-6-fosfato (G-6-P), Como a maioria, se não todos os fosfatos de açúcar, é tóxica em altas concentrações celulares, este processo de transporte é rigorosamente regulado. A transcrição do gene transportador específico da glicose, ptsG, é maximal apenas quando o monofosfato de adenosina Cíclico (cAMP) (limitação de energia sinalizadora) se acumula. Além disso, a tradução do RNA mensageiro ptsG (mRNA) é inibida pelo pequeno Rna sgrS, que é produzido quando o G-6-P se acumula. Assim, a importação e a fosforilação concomitante A G-6-P é reduzida sempre que a procura de mais energia é baixa ou a concentração de G-6-P é perigosamente elevada.

na ausência de uma proteína PtsG, outros transportadores ligados à PTS, especialmente o transportador específico da manose, ManXYZ, também podem transportar e fosforilar glicose. No entanto, os mutantes do stpsg crescem mais lentamente com glucose do que com estirpes de tipo selvagem. A glicose livre também pode acumular-se intracelularmente da degradação de oligossacáridos contendo glicose, como a lactose ou maltose. A entrada da glucose intracelular na Via EMP ocorre através de uma hexocinase codificada pelo gene glk.os dois passos seguintes na Via EMP preparam o G-6-P para a clivagem em dois fosfatos de triose. Em primeiro lugar, uma isomerase de fosfoglicosemia reversível (gene IGP) converte G-6-P em frutose-6-fosfato. Um mutante IGP ainda pode crescer lentamente com a glucose utilizando outras vias glicolíticas (ver mais adiante), mas a via EMP está bloqueada num mutante IGP. A frutose-6-fosfato resultante é ainda fosforilada na posição C1 para frutose-1,6,-bifosfato à custa do trifosfato de adenosina (ATP) por uma fosfofrutoquinase codificada por pfkA. Uma segunda isozima menor de fosfofrutoquinase codificada por pfkB permite um crescimento lento dos mutantes de pfkA. Um conjunto potencialmente concorrente de fosfatases que removem o fosfato C1 da função frutose-1,6,-bifosfato durante a gluconeogénese, mas são controladas durante a glicólise por uma variedade de mecanismos de feedback para evitar ciclos fúteis.

A próxima reacção na Via é a clivagem da frutose-1,6-bifosfato a dois fosfatos de triose que dá à via o seu nome (glicólise = quebra de açúcar). Esta reação reversível é realizada pela frutose bifosfato aldolase (gene fbaA) e produz dihidroxiacetona fosfato (DHAP) e gliceraldeído fosfato (GAP) como produtos. Um segundo, a aldolase não relacionada (gene fbaB) é feita apenas durante a gluconeogénese e, portanto, não desempenha qualquer papel na glicólise. Os dois fosfatos de triose são livremente interconvertíveis via isomerase de triosefosfato (gene tpi). DHAP é um substrato chave para a biossíntese lipídica. GAP é um nó importante na glicólise; duas outras vias glicolíticas comuns (ver abaixo) unem a via EMP no GAP.até este ponto, a via PEM pode ser considerada uma via biossintética, uma vez que produz três blocos de construção biossintéticos (G-6-P, frutose-6-fosfato e DHAP) a expensas do ATP e sem quaisquer passos oxidativos. O próximo passo é a fosforilação oxidativa do GAP ao ácido 1,3-difosfoglicérico, um composto de alta energia. A incorporação de fosfato inorgânico pela desidrogenase GAP (gene gapA) é associada à redução de NAD+ para NADH. Em condições aeróbias, este NADH é reoxidado usando a cadeia respiratória para produzir ATP. Em condições anaeróbias, este NADH é reoxidado por acoplamento à redução de produtos derivados do piruvato ou de outros produtos intermédios da via EMP. A enzima fosfoglicerato cinase (gene pgk), em seguida, fosforilatos difosfato de adenosina (ADP) a ATP, à custa do fosfato C1 de 1,3-difosfoglicerato. Esta é a primeira de duas fosforilações de nível substrato onde o fosfato é transferido de um substrato altamente reativo diretamente para ADP sem o envolvimento da membrana ATP sintase.

As duas etapas seguintes reorganizam o 3-fosfoglicerato resultante para o último intermediário de alta energia da via, o fosfoenolpiruvato (PEP). Em primeiro lugar, o fosfato é transferido da posição C3 para a posição C2 por uma mutase fosfoglicerada. Existem duas isoenzimas evolutivamente não relacionadas, uma das quais (codificada pelo gene gpmA) requer um 2,3-bifosfoglicerato como cofactor e a outra (gene gpmM) não. Embora E. coli, Bacillus subtilis,e algumas outras bactérias têm ambas as isozimas, muitos organismos têm apenas um ou outro. Por exemplo, a levedura Saccharomyces cerevisiae, a bactéria Mycobacterium tuberculosis, e todos os vertebrados têm apenas a enzima dependente do cofactor, enquanto as plantas superiores, a archaea, e a bactéria Pseudomonas syringae têm apenas a enzima independente do cofactor. Uma terceira isozima (gene ytjC) parece existir na E. coli, embora o seu papel seja menos claro.

o fosfoglicerato de 2-reorganizado é então desidratado por uma enolase (gene eno) para produzir o intermediário chave, PEP. Embora o piruvato seja geralmente considerado como o produto final da via EMP, pode-se argumentar que a PEP compartilha essa honra. A EPP é a fonte final de fosfato para o transporte/fosforilação da glucose mediada pelo PtsG que inicia a via. Além disso, a enzima enolase é uma parte necessária do degradasoma que funciona com o pequeno ARN sgrS (descrito anteriormente) para inibir a tradução do mRNA ptsG e estimular a degradação do mRNA ptsG. Isto reduz a geração da acumulação tóxica de G-6-P.

é digno de nota que a PEP é um ponto de ramificação em condições aeróbias e anaeróbias. A carboxilação de PEP por PEP carboxilase (gene ppc) fornece oxaloacetato, que condensa com o acetil-CoA derivado do piruvato para formar citrato para executar tanto o ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) e o shunt do glioxilato aerobicamente. Durante a fermentação, este mesmo oxaloacetato é um intermediário na Via redutiva (NAD regeneradora) para succinar. Além disso, o oxaloacetato derivado do PEP é utilizado (através de uma porção do ciclo TCA) para a biossíntese do ácido glutâmico mesmo em condições anaeróbicas.

a última reacção é uma fosforilação ao nível do substrato do ADP ao ATP à custa da PEP para produzir piruvato. Os dois isozymes de piruvato-quinase (pykA e pykF genes) são ativados por açúcar, fosfatos e o produto da pykF gene mostra cooperatividade positiva com relação ao substrato, PEP, novamente cuidando para evitar o acúmulo deste fosforilada intermediários e, assim, impedir a geração de mais G-6-P através do PEP-dependente PtsG mecanismo de transporte.no final da via PEM, 1 mol de glucose é convertido em 2 mol de piruvato, que pode ser utilizado para catabolismo adicional ou para biossíntese. Também produz 2 mol de ATP e 2 mol de NADH (que devem ser reoxidados para que a via continue funcionando). Uma vez que a via gera vários intermediários tóxicos, não é surpreendente que o fluxo através da via seja rigorosamente regulado. As enzimas da via respondem rapidamente às variações da oferta e da procura através da inibição do feedback e da activação do substrato das actividades enzimáticas. Eles também respondem (mais lentamente) pela regulação transcritional da expressão genética em resposta aos reguladores globais que variam de organismo para organismo.

a via PEM funciona para gerar simultaneamente intermédios biossintéticos e energia catabólica a partir da glucose. No entanto, também serve como uma linha central na qual muitas outras vias catabólicas se alimentam. G-6-P, frutose-6-fosfato, DHAP e GAP são pontos de junção comuns onde as vias catabólicas para açúcares, álcoois, gorduras e ácidos orgânicos se alimentam na Via EMP.