seryna i glicyna
seryna jest prekursorem cysteiny, selenocysteiny, tryptofanu, glicyny i fosfolipidów. Glicyna jest prekursorem puryn, pirydoksalu i związków zawierających hem. Synteza glicyny i rozszczepienie generują jednostki C1, które są niezbędne do syntezy puryn, tyminy, metioniny i pantotenianu oraz formylacji trnametu inicjującego. Szacuje się, że szlak seryna-glicyna stanowi około 15% węgla przyswajanego przez komórki wyhodowane w glukozie. Seryna i glicyna hamują syntetazę glutaminową. Uzasadnieniem takiej regulacji jest prawdopodobnie synteza puryn. Synteza puryn wymaga seryny, glicyny, jednostek C1 i glutaminy. Wysoka seryna i glicyna mogą wskazywać na wystarczającą ilość puryn i zmniejszone zapotrzebowanie na glutaminę do syntezy puryn. Prawie połowa zsyntetyzowanej glutaminy jest wykorzystywana do syntezy puryn, jeśli glutamina nie jest wykorzystywana do syntezy glutaminianu. Seryna hamuje również dehydrogenazę homoseryny I i deaminazę treoninową, które są niezbędne do syntezy izoleucyny, oraz trzeci enzym syntezy metioniny.
zależne od NAD utlenianie glikolitycznego pośredniego 3-fosfoglicerynianu inicjuje Główny Szlak syntezy seryny (ryc. 7). Azot jest dodawany do otrzymanego produktu, 3-fosfohydroksypirogronianu, przez zależną od glutaminianu transaminację, tworząc w ten sposób 3-fosfoserynę. Defosforylacja 3-fosfoseryny następnie wytwarza serynę. Hydroksyetylotransferaza serynowa (SHMT) katalizuje odwracalną konwersję seryny do glicyny i Tworzenie nośnika C1, N5, N10-metylenowego tetrahydrofolianu z tetrahydrofolianu. Oksydacyjne rozszczepienie glicyny przez układ enzymatyczny rozszczepiania glicyny (GCV) wytwarza drugą cząsteczkę N5, N10-tetrahydrofolianu metylenu, a także amoniaku i CO2. Enzym ten może wydawać się niepotrzebny, ale mutanty z niedoborem GCV wydalają glicynę, co oznacza, że jest ona aktywna. GCV jest kompleksem czterech różnych polipeptydów.
Rysunek 7. Synteza seryny, glicyny i cysteiny oraz asymilacja siarczanów. Pod szlakami znajdują się efektory aktywności enzymatycznej i wymagania kofaktorów. W nawiasach podano związki hamujące. Efektory kontroli transkrypcyjnej znajdują się ponad ścieżkami. Represory są w nawiasach, a aktywatory nie. Lrp / (leu) wskazuje, że Lrp jest aktywatorem transkrypcyjnym, a leu zapobiega tej aktywacji. & lt; & gt; wskazuje związki wymagane do stabilności. C1-THF,N5, N10-metyleno-tetrahydrofolian; GLT, glutaminian; aKG, α-ketoglutaran; NAS, N-acetyloseryna; PPi, nieorganiczny Pirofosforan; PXP, fosforan pirydoksalu; THF, tetrahydrofolian.
mutanty z niedoborem SHMT wymagają glicyny, co oznacza, że 3-fosfoglicerynian jest głównym źródłem glicyny. Szlak dehydrogenazy degradacji treoniny wytwarza również serynę i glicynę. Treonina ulega degradacji w dwóch etapach do acetylo-CoA i glicyny (ryc. 7, druga linia). Seryna jest generowana z połączonych działań GCV, który wytwarza jednostkę C1 i odwrócenie reakcji SHMT, która zużywa jednostkę C1(Rysunek 7, górna linia). Szlak ten jest aktywny tylko podczas wzrostu ograniczonego węglem w obecności wszystkich trzech aminokwasów rozgałęzionych i argininy. Ten pierwszy prawdopodobnie zwiększa wewnątrzkomórkową treoninę, podczas gdy funkcja argininy nie jest widoczna.
seryna hamuje aktywność kilku enzymów, co sugeruje, że wewnątrzkomórkowe stężenie seryny jest ściśle regulowane. Seryna allosterycznie hamuje dehydrogenazę 3-fosfoglicerynową, pierwszy enzym głównego szlaku serynowego. Seryna, glicyna lub produkty metabolizmu C1 nie wpływają na aktywność żadnego innego enzymu tego szlaku. Natomiast Regulacja transkrypcji jest złożona i tylko częściowo zrozumiała. Wystarczalność C1 jest wyczuwana przez równowagę homocysteiny do S-adenozylometioniny. Czujniki te kontrolują syntezę SHMT poprzez metr, aktywator wiążący homocysteinę (czujnik niedoboru C1) i metj, represor wiążący s-adenozylometioninę (czujnik nadmiaru C1) i kontrolujący syntezę MetR. Inne produkty, które wymagają jednostek C1 również tłumią enzymy tego szlaku. Puryny hipoksantyna i guanina wiążą mruczenie, które następnie tłumi SHMT i GCV. Kompleks GcvA-GcvR tłumi syntezę GCV. Glicyna powoduje dysocjację GcvR, a kompleks gcva-glicyna aktywuje transkrypcję. CRP-cAMP może również odwrócić represje ze strony GcvA-GcvR. Oprócz tych regulatorów, białko reagujące na leucynę, LRP, kontroluje również te geny. Lrp przy braku leucyny ma tendencję do faworyzowania głównego szlaku syntezy seryny i glicyny. Lrp z leucyną zmniejsza Główny Szlak, zwiększa wtórny szlak syntezy Seryn, czyli szlak dehydrogenazy treoninowej katabolizmu treoninowego i zwiększa katabolizm serynowy. Wreszcie, ograniczanie azotu i regulatory odpowiedzi Ntr tłumią dehydrogenazę 3-fosfoglicerynową, co prawdopodobnie obniża stężenie seryny i zapobiega hamowaniu seryny syntetazy glutaminowej, gdy jej podstawową funkcją jest asymilacja amoniaku.
ze względu na toksyczność seryny, enzymy rozkładające mogą przyczyniać się do utrzymania wewnątrzkomórkowego stężenia seryny. Głównymi enzymami katabolizmu serynowego są deaminazy/dehydratazy serynowe. E. coli zawiera trzy odrębne deaminazy serynowe, a trzy inne enzymy mają aktywność deaminazy serynowej jako reakcji wtórnej. Regulacja tych enzymów jest zadziwiająco złożona. Nie wchodząc w szczegóły, zauważa się, że serynę można rozkładać jako jedyne źródło węgla, ale tylko w obecności leucyny lub glicyny, która jest niezbędna do indukcji enzymów katabolicznych. Glicyna może być wykorzystywana jako jedyne źródło azotu. Szlak obejmuje GCV, tworzenie seryny przez SHMT, a następnie katabolizm seryny.