Serin Og Glycin
Serin er en forløper for cystein, selenocystein, tryptofan, glycin og fosfolipider. Glycin er en forløper for puriner, pyridoksal og hemeholdige forbindelser. Glysinsyntese og spaltning genererer C1-enheter, som kreves for syntese av puriner, tymin, metionin og pantotenat, og formylering av initiatoren tRNAMet. Serin-glysinveien er estimert til å utgjøre ca 15% av karbonet assimilert av glukosedyrkede celler. Serin og glycin hemmer glutaminsyntetase. Begrunnelsen for slik regulering innebærer sannsynligvis purinsyntese. Purinsyntese krever serin, glycin, C1 enheter og glutamin. Høy serin og glycin kan indikere purinforsyning, og et redusert behov for glutamin for purinsyntese. Nesten halvparten av glutamin syntetisert brukes til purinsyntese, hvis glutamin ikke brukes til glutamatsyntese. Serin hemmer også homoserin dehydrogenase I og treonindeaminase, som kreves for isoleucinsyntese, og det tredje enzymet av metioninsyntese.
NAD-avhengig oksidasjon av det glykolytiske intermediære 3-fosfoglyserat initierer hovedveien for serinsyntese (Figur 7). Nitrogen tilsettes til det resulterende produkt, 3-fosfohydroksypyruvat, ved glutamatavhengig transaminering, og danner dermed 3-fosfoserin. Defosforylering av 3-fosfoserin produserer deretter serin. Serinhydroksymyltransferase (SHMT) katalyserer den reversible omdannelsen av serin til glycin og dannelsen Av c1-bæreren N5, N10-metylentetrahydrofolat fra tetrahydrofolat. Den oksidative spaltningen av glycin ved glysinspaltningsenzymsystemet (GCV) produserer et andre molekyl Av N5, N10-metylentetrahydrofolat, samt ammoniakk og CO2. Dette enzymet kan virke unødvendig, men mutanter mangelfull I GCV utskiller glycin, noe som innebærer at den er aktiv. GCV er et kompleks av fire forskjellige polypeptider.
Figur 7. Syntese av serin, glycin og cystein og sulfat assimilering. Effektorer av enzymaktivitet og kofaktor krav er under veiene. Inhibitoriske forbindelser er i parentes. Effektorer av transkripsjonskontroll er over veier. Repressorer er i parentes, mens aktivatorer ikke er. Lrp / (leu) indikerer At Lrp er en transkripsjonell aktivator, og leu forhindrer denne aktiveringen. < & gt; angir forbindelser som kreves for stabilitet. C1-THF, N5, N10-metylen-tetrahydrofolat; GLT, glutamat; aKG, α-ketoglutarat; NAS, n-acetylserin; PPi, uorganisk pyrofosfat; PxP, pyridoksalfosfat; THF, tetrahydrofolat.
Mutanter mangelfull I SHMT krever glycin, noe som innebærer at 3-fosfoglyserat er den viktigste kilden til glycin. Dehydrogenaseveien for nedbrytning av treonin genererer også serin og glycin. Treonin nedbrytes i to trinn til acetyl-CoA og glycin (Figur 7, andre linje). Serin genereres fra de kombinerte handlingene TIL GCV, som produserer En C1-enhet, OG en reversering AV SHMT-reaksjonen, som forbruker C1-enheten (Figur 7, topplinje). Denne banen er bare aktiv under karbonbegrenset vekst i nærvær av alle tre forgrenede aminosyrer og arginin. Den førstnevnte øker sannsynligvis intracellulær treonin, mens arginins funksjon ikke er tydelig.
Serin hemmer aktiviteten til flere enzymer, noe som tyder på at den intracellulære konsentrasjonen av serin er tett regulert. Serin hemmer allosterisk 3-fosfoglycerat dehydrogenase, det første enzymet i den store serinveien. Serin, glycin eller produktene Av c1 metabolisme påvirker ikke aktiviteten til noe annet enzym i denne banen. I motsetning til dette er transkripsjonsreguleringen kompleks og bare delvis forstått. C1 tilstrekkelighet måles av en balanse mellom homocystein og s-adenosylmetionin. Disse sensorene styrer shmt-syntese Gjennom MetR, en aktivator som binder homocystein (en sensor Av c1-mangel), Og MetJ, En repressor som binder s-adenosylmetionin (en sensor Av c1-overskudd) og styrer MetR-syntese. Andre produkter som krever C1-enheter, undertrykker også enzymer av denne banen. Purinene hypoxantin og guanin binder PurR, som deretter undertrykker SHMT og GCV. Et kompleks Av GcvA-GcvR undertrykker GCV-syntese. Glycin forårsaker dissosiasjon Av GcvR, Og et gcva-glycin-kompleks aktiverer transkripsjon. CRP-cAMP kan også reversere undertrykkelse Av GcvA-GcvR. I tillegg til disse regulatorene styrer leucin-responsivt protein, Lrp, også disse genene. Lrp i fravær av leucin har en tendens til å favorisere den primære banen for serin-og glysinsyntese. Lrp med leucin reduserer primærveien, øker den sekundære serinsynteseveien, det vil si treonindehydrogenaseveien for treoninkatabolisme og øker serinkatabolismen. Endelig undertrykker nitrogenbegrensnings-og Ntr-responsregulatorer 3-fosfoglyserat dehydrogenase, som antagelig senker serinkonsentrasjonen og forhindrer serinhemming av glutaminsyntetase når dens primære funksjon er ammoniakkassimilering.
på grunn av serintoksisitet kan nedbrytende enzymer bidra til å opprettholde den intracellulære serinkonsentrasjonen. De primære enzymene av serinkatabolisme er serindeaminaser / dehydrataser. E. coli inneholder tre forskjellige serindeaminaser, og tre andre enzymer har serindeaminaseaktivitet som en sekundær reaksjon. Reguleringen av disse enzymene er forbausende kompleks. Uten å gå i detalj, er det bemerket at serin kan nedbrytes som eneste karbonkilde, men bare i nærvær av leucin eller glycin, som kreves for induksjon av katabolske enzymer. Glycin kan benyttes som eneste nitrogenkilde. Banen involverer GCV, dannelse av serin VED SHMT, og påfølgende katabolisme av serin.