Эта статья входит в число добротных статей

Метилглиоксалевый шунт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Метилглиокса́левый шунтметаболический путь, встречающийся у некоторых бактерий и представляющий собой отличный от гликолитических реакций путь окисления дигидроксиацетонфосфата до пирувата[1].

Механизм и регуляция[править | править код]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png Метилглиоксалевый шунт

Когда окисление глицеральдегид-3-фосфата на стадии 6 гликолиза глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой[en] ограничено низким содержанием фосфата в среде, у Escherichia coli и некоторых других бактерий дигидроксиацетонфосфат окисляется до пирувата через три реакции, составляющие метилглиоксалевый шунт. В реакции 1 метилглиоксальсинтаза[en] отщепляет фосфат от дигидроксиацетонфосфата с образованием метилглиоксаля. В реакции 2 метилглиоксаль присоединяет воду, превращаясь в лактат. При этом образуется 2 формы лактата: D-лактат и L-лактат. Превращение метилглиоксаля в L-лактат осуществляют следующие ферменты: метилглиоксальредуктаза преобразует метилглиоксаль в лактальдегид[en], а лактальдегид превращается в L-лактат под действием альдегиддегидрогеназы. Превращение метилглиоксаля в D-лактат осуществляет глиоксалазный[en] ферментный комплекс: глиоксилаза I[en] преобразует метилглиоксаль в лактоилглутатион, который далее преобразуется в D-лактат под действием глиоксилазы II. В реакции 3 L-лактат и D-лактат окисляются мембраносвязанной флавин-содержащей D-лактатооксидазой до пирувата. Последний обычно вовлекается в цикл трикарбоновых кислот. Энергетически метилглиоксалевый путь менее выгоден, чем соответствующие реакции гликолиза[2][1].

Значение[править | править код]

Images.png Внешние изображения
Image-silk.png Место метилглиоксалевого шунта в метаболизме глюкозы у E. coli

Метилглиоксалевый шунт не приводит к образованию ATP и не является альтернативой гликолизу. Было высказано предположение, что метилглиоксалевый шунт облегчает перенесение стресса у клеток, вызванного повышенным уровнем фосфатов сахаров в среде. Однако метилглиоксаль — чрезвычайно токсичное соединение и задерживает рост E. coli уже в миллимолярных концентрациях. Он может взаимодействовать с нуклеофильными центрами таких макромолекул, как ДНК, РНК и белки. В связи с этим предполагается, что метилглиоксаль задерживает рост бактерий, влияя на синтез белков, и тем самым предотвращает репликацию ДНК[2].

Регуляция[править | править код]

Метилглиоксаль

Из-за токсичности метилглиоксаля его образование строго контролируется. Даже увеличение экспрессии метилглиоксальсинтазы в 900 раз у E. coli приводит к накоплению лишь небольших количеств метилглиоксаля. Метилглиоксальсинтаза активируется дигидроксиацетонфосфатом, а если содержание фосфата в среде высоко, то метилглиоксалевый шунт не функционирует, так как метилглиоксальсинтаза ингибируется фосфатом. Фермент триозофосфатизомераза[en] обеспечивает изомеризацию глицеральдегид-3-фосфата в дигидроксиацетонфосфат. Дальнейшее превращение глицеральдегид-3-фосфата в пируват по гликолитическому пути начинается ферментом триозофосфатдегидрогеназой[en]. Низкое содержание фосфата в среде подавляет триозофосфатдегидрогеназу, из-за чего глицеральдегид-3-фосфат начинает преобразовываться в дигидроксиацетонфосфат, а он, в свою очередь, усиливает активность метилглиоксальсинтазы и увеличивает образование метилглиоксаля[2][1].

Установлено, что у бактерии Klebsiella aerogenes образование метилглиоксаля активируется, когда к медленно растущей культуре резко добавляется глюкоза. У E. coli активация метилглиоксалевого шунта происходит не только при недостатке фосфата в среде, но и когда из-за мутации или добавления cAMP нарушается регуляция потребления клеткой глюкозо-6-фосфата или других углеродных субстратов, например, ксилозы, лактозы, арабинозы, глицерина или глюконата[2].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 Современная микробиология, 2005, с. 267.
  2. 1 2 3 4 Kayser A., Weber J., Hecht V., Rinas U. Metabolic flux analysis of Escherichia coli in glucose-limited continuous culture. I. Growth-rate-dependent metabolic efficiency at steady state. (англ.) // Microbiology (Reading, England). — 2005. — Vol. 151, no. Pt 3. — P. 693—706. — DOI:10.1099/mic.0.27481-0. — PMID 15758216. [исправить]

Литература[править | править код]

  • Современная микробиология / Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлегеля. — М.: Мир, 2005. — Т. 1. — 654 с.