Sulfoglykolýza - Sulfoglycolysis

Sulfoglykolýza je primárně katabolický proces metabolismus ve kterém sulfochinóza (6-deoxy-6-sulfonato-glukóza) je metabolizován za vzniku energetických a uhlíkových stavebních bloků.[1] Sulfoglykolýzy se vyskytují v široké škále organismů a umožňují klíčové kroky při degradaci sulfochinosyl diacylglycerol (SQDG), a sulfolipid nalezen v rostliny a sinice na siřičitan a síran. Sulfoglykolýza konvertuje sulfochinozózu (C.6H12Ó8S−) do pyruvát CH3KOKOS− + H+. Volná energie se používá k vytvoření vysokoenergetických molekul ATP (adenosintrifosfát ) a NADH (sníženo nikotinamid adenin dinukleotid ). Na rozdíl od glykolýza všechny známé dráhy sulfoglykolýzy převádějí pouze poloviční obsah uhlíku sulfochinózy na pyruvát; zbytek se vylučuje jako C3-sulfonát: 2,3-dihydroxypropansulfonát (DHPS) nebo sulfolaktát (SL).

Jsou známy tři sulfoglykolytické procesy:

  • Sulfoglykolytická dráha Embden-Meyerhof-Parnas (sulfo-EMP), poprvé identifikovaná v Escherichia coli, zahrnuje degradaci sulfochinózy na 2,3-dihydroxypropansulfonát (DHPS),[2] a sdílí podobnost s Embden-Meyerhof-Parnas glykolýza cesta. Tato cesta vede k produkci C3 meziproduktu dihydroxyaceton fosfátu.
  • Sulfoglykolytická dráha Entner-Doudoroff (sulfo-ED), poprvé identifikovaná v Pseudomonas putida SQ1, zahrnuje degradaci sulfochinózy na sulfolaktát,[3] a sdílí podobnost s Stezka Entner-Doudoroff glykolýzy. Tato cesta vede k produkci C3 meziproduktu pyruvátu.
  • Cesta sulfofruktózy transaldolázy, poprvé identifikovaná v Bacillus aryabhattai, zahrnuje izomerizaci SQ na sulfofruktózu a poté transaldoláza štěpí SF na 3-sulfolaktaldehyd (SLA), zatímco nesulfonovaná C3- (glyceron) skupina je přenesena na akceptorovou molekulu, glyceraldehydfosfát (GAP), čímž se získá fruktóza- 6-fosfát (F6P) [4].

Ve všech třech drahách se energie vytváří v pozdějších fázích prostřednictvímvyplatit „fáze glykolýzy skrz fosforylace na úrovni substrátu produkovat ATP a NADH.

Růst bakterií na sulfochinóze a jejích glykosidech

Řada bakterií může růst na sulfochinóze nebo jejích glykosidech jako jediném zdroji uhlíku. E-coli může růst na sulfochinóze,[2] methyl a-sulfochinosyl a a-sulfochinosyl glycerol.[5] Růst na sulfochinosylglycerolu je rychlejší a vede k vyšší hustotě buněk než při růstu na sulfochinovóze.[5] Pseudomonas aeruginosa kmen SQ1,[6] Klebsiella sp. kmen ABR11,[7] Klebsiella oxytoca TauN1,[6] a Agrobacterium sp. kmen ABR2[7] může růst na sulfochinovóze jako jediném zdroji uhlíku. Kmen Flavobacterium bylo identifikováno, že může růst na methyl-a-sulfochinosidu.[8]

Výroba sulfochinózy a její mutarotace

Tvorba sulfochinózy z sulfochinosyl diacylglycerol (SQDG).

Sulfochinovóza se v přírodě ve volné formě vyskytuje jen zřídka; spíše se vyskytuje převážně jako glykosid, SQDG. SQDG může být deacylován za vzniku lyso-SQDG a sulfochinosylglycerol (SQGro).[9][10][11] Sulfochinozóza se získává z SQ glykosidů působením sulfochinosidáz, které jsou glykosidové hydrolázy které mohou hydrolyzovat glykosidovou vazbu v SQDG nebo jeho deacylovanou formu, sulfochinosyl glycerol (SQGro).[12] První identifikovaná sulfochinosidáza byla YihQ od Escherichia coli. Vykazuje přednost přirozeně se vyskytující 2 'R-SQGro.[5] Sulfochinosidázy štěpí SQ glykosidy se zachováním konfigurace a zpočátku tvoří α-sulfochinosu. Sulfoglykolýza kódující operony obsahují genové sekvence kódující aldóza-1-epimerázy, které působí jako sulfochinózové mutarotázy a katalyzují interkonverzi α a β anomerů sulfochinózy.[13]

Sulfo-EMP cesta

Sulfoglykolytická cesta Embden-Meyerhof-Parnas.

Hlavní kroky v cestě sulfo-EMP[2] jsou:

  • izomerace sulfochinosy na sulfofruktózu (katalyzovanou sulfochinosovou izomerázou);
  • fosforylace sulfofruktózy na sulfofruktóza-1-fosfát (katalyzovaná sulfofruktóza kinázou a použitím ATP jako kofaktoru);
  • retro-aldolové štěpení sulfofruktóza-1-fosfátu za vzniku dihydroxyaceton fosfátu a (S) -sulfolaktaldehyd (katalyzovaný sulfofruktóza-1-fosfát aldolázou);
  • redukce sulfolaktaldehydu na (S) -2,3-dihydroxypropan-1-sulfonát (katalyzovaný sulfolaktaldehyd-reduktázou a použitím NADH jako kofaktoru) [14].

Exprese proteinů v operonu sulfo-EMP E-coli je regulován transkripčním faktorem nazývaným CsqR (dříve YihW).[15] CsqR se váže na místa DNA v operonu kódujícím dráhu sulfo-EMP a funguje jako represor. SQ a SQGro (ale ne laktóza, glukóza nebo galaktóza) fungují jako derepresory CsqR.

Sulfo-ED dráha

Sulfoglykolytická cesta Entner-Douderoff.

Hlavní kroky v dráze sulfo-ED[3] jsou:

  • oxidace sulfochinosy na sulfoglukonolakton (katalyzovaná sulfochinóz dehydrogenázou s NAD+ kofaktor);
  • hydrolýza sulfoglukonolaktonu na sulfoglukonátovou kyselinu (katalyzovanou sulfoglukonolaktonázou s vodou);
  • dehydratace kyseliny sulfoglukonové na 2-keto-3,6-dideoxy-6-sulfoglukonát (katalyzovaný sulfoglukonát dehydratázou);
  • retroaldolové štěpení 2-keto-3,6-dideoxy-6-sulfoglukonátu za vzniku pyruvátu a (S) -sulfolaktaldehyd (katalyzovaný sulfoketoglukonátdehydrogenázou s NAD+ kofaktor);
  • oxidace sulfolaktaldehydu na (S) -sulfolaktát (katalyzovaný sulfolaktaldehyddehydrogenázou s NAD+ kofaktor).

Dráha SFT

Cesta sulfoglykolytické sulfofruktózy transaldolázy.

Hlavní kroky v cestě SFT [16] jsou:

  • izomerace sulfochinosy na sulfofruktózu (katalyzovanou sulfochinosovou izomerázou);
  • transaldolová reakce sulfofruktózy za uvolnění sulfolaktaldehydu (katalyzovaného sulfofruktóza-transaldolázou) a přenos skupiny C3- (glyceron) na glyceraldehydfosfát, čímž se získá fruktóza-6-fosfát;
  • sulfolaktaldehyd může být snížen na (S) -2,3-dihydroxypropan-1-sulfonát (katalyzovaný sulfolaktaldehyd-reduktázou a použitím NADH jako kofaktoru) nebo oxidovaný na sulfolaktát (katalyzovaný sulfolaktaldehyddehydrogenázou pomocí NAD + jako kofaktoru).

Transaldolasa může také katalyzovat přenos C3- (glyceronové) skupiny na erytrosa-4-fosfát, čímž se získá sedoheptulosa-7-fosfát.

Degradace DHPS a SL

C.3 sulfonáty DHPS a SL se metabolizují pro svůj obsah uhlíku a také pro mineralizaci obsahu síry.[1] Metabolismus DHPS obvykle zahrnuje převod na SL. Metabolismus SL může nastat několika způsoby, včetně:

  • eliminace siřičitanu za získání pyruvátu;
  • oxidace na sulfopyruvát, transaminace na cysteaát a eliminace siřičitanu za vzniku pyruvátu a amoniaku;
  • oxidace na sulfopyruvát, dekarboxylace na sulfoacetaldehyd a fosforylace za získání acetylfosfátu a siřičitanu.

Viz také

Reference

  1. ^ A b Goddard-Borger ED, Williams SJ (únor 2017). "Sulfochinozóza v biosféře: výskyt, metabolismus a funkce". The Biochemical Journal. 474 (5): 827–849. doi:10.1042 / BCJ20160508. PMID  28219973.
  2. ^ A b C Denger K, Weiss M, Felux AK, Schneider A, Mayer C, Spiteller D, Huhn T, Cook AM, Schleheck D (březen 2014). „Sulfoglykolýza v Escherichia coli K-12 uzavírá mezeru v biogeochemickém cyklu síry“. Příroda. 507 (7490): 114–7. Bibcode:2014 Natur.507..114D. doi:10.1038 / příroda12947. PMID  24463506. S2CID  192202.
  3. ^ A b Felux AK, Spiteller D, Klebensberger J, Schleheck D (srpen 2015). "Entner-Doudoroffova dráha pro degradaci sulfochinovózy v Pseudomonas putida SQ1". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 112 (31): E4298–305. Bibcode:2015PNAS..112E4298F. doi:10.1073 / pnas.1507049112. PMC  4534283. PMID  26195800.
  4. ^ Frommeyer, B; Fiedler, AW; Oehler, SR; Hanson, BT; Loy, A; Franchini, P; Spiteller, D; Schleheck, D (28. srpna 2020). „Environmentální a střevní kmen Firmicutes Bacteria Metabolizujte rostlinný cukr Sulfochinozózu cestou transaldolasy 6-deoxy-6-sulfofruktózy“. iScience. 23 (9): 101510. doi:10.1016 / j.isci.2020.101510. PMC  7491151. PMID  32919372.
  5. ^ A b C Abayakoon, Palika; Jin, Yi; Lingford, James P .; Petricevic, Marija; John, Alan; Ryan, Eileen; Wai-Ying Mui, Janice; Pires, Douglas E.V .; Ascher, David B. (05.09.2018). „Strukturální a biochemické poznatky o funkci a vývoji sulfochinosidáz“. ACS Central Science. 4 (9): 1266–1273. doi:10.1021 / acscentsci.8b00453. ISSN  2374-7943. PMC  6161063. PMID  30276262.
  6. ^ A b Denger K, Huhn T, Hollemeyer K, Schleheck D, Cook AM (březen 2012). „Sulfochinóza degradovaná čistými kulturami bakterií s uvolňováním C3-organosulfonátů: úplná degradace ve dvoučlenných komunitách“. Mikrobiologické dopisy FEMS. 328 (1): 39–45. doi:10.1111 / j.1574-6968.2011.02477.x. PMID  22150877.
  7. ^ A b Roy AB, Hewlins MJ, Ellis AJ, Harwood JL, White GF (listopad 2003). „Glykolytický rozklad sulfochinózy v bakteriích: chybějící článek v cyklu síry“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 69 (11): 6434–41. doi:10.1128 / AEM.69.11.6434-6441.2003. PMC  262304. PMID  14602597.
  8. ^ Martelli HL, Benson AA (říjen 1964). "Metabolismus sulfokarbohydrátů. I. bakteriální produkce a využití sulfoacetátu". Biochimica et Biophysica Acta. 93: 169–71. doi:10.1016/0304-4165(64)90272-7. PMID  14249144.
  9. ^ Wolfersberger MG, Pieringer RA (leden 1974). "Metabolismus sulfochinosyl diglyceridu v Chlorella pyrenoidosa sulfochinosyl monoglyceridem: mastné acyl CoA acyltransferázy a sulfochinosyl glycerid: mastné acylesterové hydrolázy". Journal of Lipid Research. 15 (1): 1–10. PMID  4359538.
  10. ^ Gupta SD, Sastry PS (prosinec 1987). "Metabolismus rostliny sulfolipid - sulfochinosyldiacylglycerol: degradace ve zvířecích tkáních". Archivy biochemie a biofyziky. 259 (2): 510–9. doi:10.1016/0003-9861(87)90517-0. PMID  3426241.
  11. ^ Andersson L, Bratt C, Arnoldsson KC, Herslöf B, Olsson NU, Sternby B, Nilsson A (červen 1995). "Hydrolýza galaktolipidů lidskými pankreatickými lipolytickými enzymy a duodenálním obsahem". Journal of Lipid Research. 36 (6): 1392–400. PMID  7666015.
  12. ^ Speciale G, Jin Y, Davies GJ, Williams SJ, Goddard-Borger ED (duben 2016). „YihQ je sulfochinosidáza, která štěpí sulfochinosyl diacylglycerid sulfolipidy“ (PDF). Přírodní chemická biologie. 12 (4): 215–7. doi:10.1038 / nchembio.2023. PMID  26878550.
  13. ^ Abayakoon P, Lingford JP, Jin Y, Bengt C, Davies GJ, Yao S, Goddard-Borger ED, Williams SJ (duben 2018). "Objev a charakterizace sulfochinózové mutarotázy pomocí kinetické analýzy v rovnováze pomocí výměnné spektroskopie". The Biochemical Journal. 475 (7): 1371–1383. doi:10.1042 / BCJ20170947. PMC  5902678. PMID  29535276.
  14. ^ Sharma, Mahima; Abayakoon, Palika; Lingford, James P .; Epa, Ruwan; John, Alan; Jin, Yi; Goddard-Borger, Ethan D .; Davies, Gideon J .; Williams, Spencer J. (21. února 2020). „Dynamické strukturní změny doprovázejí produkci dihydroxypropansulfonátu sulfolaktaldehydreduktázou“. ACS katalýza. 10 (4): 2826–2836. doi:10.1021 / acscatal.9b04427.
  15. ^ Shimada, Tomohiro; Yamamoto, Kaneyoshi; Nakano, Masahiro; Watanabe, Hiroki; Schleheck, David; Ishihama, Akira (29. října 2018). "Regulační role CsqR (YihW) v transkripci genů pro katabolismus aniontového cukru sulfochinovózy (SQ) v Escherichia coli K-12". Mikrobiologie. 165 (1): 78–89. doi:10,1099 / mic.0.000740. PMID  30372406.
  16. ^ Frommeyer, B; Fiedler, AW; Oehler, SR; Hanson, BT; Loy, A; Franchini, P; Spiteller, D; Schleheck, D (28. srpna 2020). „Environmentální a střevní kmen Firmicutes Bacteria Metabolizujte rostlinný cukr Sulfochinozózu cestou transaldolasy 6-deoxy-6-sulfofruktózy“. iScience. 23 (9): 101510. doi:10.1016 / j.isci.2020.101510. PMC  7491151. PMID  32919372.