Serin a Glycin
Serin je prekurzorem pro cystein, selenocysteinu, tryptofan, glycin, a fosfolipidy. Glycin je prekurzor pro puriny, pyridoxal a sloučeniny obsahující hem. Syntéza a štěpení glycinu generují jednotky C1, které jsou potřebné pro syntézu purinů, thyminu, methioninu a pantothenátu a formylaci iniciátoru tRNAMet. Na serin-glycin cesta byla odhadnuta na účet asi 15% uhlíku, přizpůsobil glukózy-pěstované buňky. Serin a glycin inhibují glutamin syntetázu. Zdůvodnění takové regulace pravděpodobně zahrnuje syntézu purinů. Syntéza purinů vyžaduje serin, glycin, jednotky C1 a glutamin. Vysoký serin a glycin mohou naznačovat dostatečnost purinů a sníženou potřebu glutaminu pro syntézu purinů. Téměř polovina syntetizovaného glutaminu se používá pro syntézu purinů, pokud se glutamin nepoužívá pro syntézu glutamátu. Serin také inhibuje homoserindehydrogenázu I a threonindeaminázu, které jsou potřebné pro syntézu isoleucinu, a třetí enzym syntézy methioninu.
nad-dependentní oxidace glykolytického meziproduktu 3-fosfoglycerátu iniciuje hlavní cestu syntézy serinu (Obrázek 7). K výslednému produktu, 3-fosfohydroxypyruvátu, se přidá dusík transaminací závislou na glutamátu, čímž se vytvoří 3-fosfoserin. Defosforylace 3-fosfoserinu pak produkuje serin. Serin hydroxymethyltransferáza (SHMT) katalyzuje reverzibilní přeměnu serinu na glycin a tvorbu nosiče C1 N5, N10-methylentetrahydrofolátu z tetrahydrofolátu. Oxidační štěpení glycinu enzymovým systémem štěpení glycinu (GCV) produkuje druhou molekulu N5, N10-methylentetrahydrofolátu, stejně jako amoniak a CO2. Tento enzym se může zdát zbytečný, ale mutanti s nedostatkem GCV vylučují glycin, což znamená, že je aktivní. GCV je komplex čtyř různých polypeptidů.
Obrázek 7. Syntéza asimilace serinu, glycinu a cysteinu a sulfátu. Efektory enzymové aktivity a požadavky na kofaktory jsou pod cestami. Inhibiční sloučeniny jsou v závorkách. Efektory transkripční kontroly jsou nad cestami. Represory jsou v závorkách, zatímco aktivátory nejsou. LRP / (leu) označuje, že Lrp je transkripční aktivátor a leu zabraňuje této aktivaci. & lt; & gt; označuje sloučeniny potřebné pro stabilitu. C1-THF, N5, N10-methylentetrahydrofolát; GLT, glutamát; aKG, α-ketoglutarát; NAS, N-acetylserin; PPi, anorganický pyrofosfát; PxP, pyridoxal fosfát; THF, tetrahydrofolát.
mutanti s nedostatkem SHMT vyžadují glycin, což znamená, že 3-fosfoglycerát je hlavním zdrojem glycinu. Dehydrogenázová dráha degradace threoninu také vytváří serin a glycin. Threonin je degradován ve dvou krocích na acetyl-CoA a glycin (Obrázek 7, druhý řádek). Serin je generován z kombinovaných akcí GCV, který produkuje jednotku C1, a zvrácení SHMT reakce, která spotřebovává jednotku C1 (Obrázek 7, Horní řádek). Tato cesta je aktivní pouze během růstu omezeného uhlíkem v přítomnosti všech tří aminokyselin s rozvětveným řetězcem a argininu. První z nich pravděpodobně zvyšuje intracelulární threonin, zatímco funkce argininu není zřejmá.
Serin inhibuje aktivity několika enzymů, což naznačuje, že intracelulární koncentrace serinu je přísně regulována. Serin alostericky inhibuje 3-fosfoglycerát dehydrogenázu, první enzym hlavní serinové dráhy. Serin, glycin nebo produkty metabolismu C1 neovlivňují aktivitu žádného jiného enzymu této cesty. Naproti tomu transkripční regulace je složitá a pouze částečně pochopená. Dostatečnost C1 je snímána rovnováhou homocysteinu s s-adenosylmethioninem. Tyto senzory řídí syntézu SHMT prostřednictvím MetR, aktivátoru, který váže homocystein (senzor nedostatku C1), a MetJ, represoru, který váže S-adenosylmethionin (senzor přebytku C1) a řídí syntézu MetR. Jiné produkty, které vyžadují jednotky C1, také potlačují enzymy této cesty. Puriny hypoxanthin a guanin váží PurR, který pak potlačuje SHMT a GCV. Komplex GcvA-GcvR potlačuje syntézu GCV. Glycin způsobuje disociaci GcvR a komplex GcvA-glycin aktivuje transkripci. CRP-cAMP může také zvrátit represi GcvA-GcvR. Kromě těchto regulátorů tyto geny řídí také protein reagující na leucin, Lrp. Lrp v nepřítomnosti leucinu má tendenci upřednostňovat primární cestu syntézy serinu a glycinu. LRP s leucinem snižuje primární cestu, zvyšuje sekundární cestu syntézy serinu, tj. Konečně, dusíku omezení a Ntr reakci regulátory potlačit 3-fosfoglycerát dehydrogenázy, což pravděpodobně snižuje koncentrace serinu a zabraňuje serin inhibice glutamin syntetázy, když jeho primární funkcí je asimilace amoniaku.
kvůli serinové toxicitě mohou degradační enzymy přispívat k udržení intracelulární koncentrace serinu. Primární enzymy serinového katabolismu jsou serin deaminázy / dehydratázy. E. coli obsahuje tři odlišné serin deaminázy a tři další enzymy mají serin deaminázovou aktivitu jako sekundární reakci. Regulace těchto enzymů je úžasně složitá. Bez podrobností je třeba poznamenat, že serin může být degradován jako jediný zdroj uhlíku, ale pouze v přítomnosti leucinu nebo glycinu, který je nutný pro indukci katabolických enzymů. Glycin lze využít jako jediný zdroj dusíku. Cesta zahrnuje GCV, tvorbu serinu SHMT a následný katabolismus serinu.