serina și glicina
Serina este un precursor pentru cisteină, selenocisteină, triptofan, glicină și fosfolipide. Glicina este un precursor pentru compușii care conțin purine, piridoxal și hem. Sinteza și scindarea glicinei generează unități C1, care sunt necesare pentru sinteza purinelor, timinei, metioninei și pantotenatului și formilarea inițiatorului tRNAMet. S-a estimat că calea serină-glicină reprezintă aproximativ 15% din carbonul asimilat de celulele cultivate cu glucoză. Serina și glicina inhibă glutamina sintetaza. Motivul pentru o astfel de reglementare implică probabil sinteza purinei. Sinteza purinei necesită serină, glicină, unități C1 și glutamină. Serina și glicina ridicate pot indica suficiența purinei și o nevoie diminuată de glutamină pentru sinteza purinei. Aproape jumătate din glutamina sintetizată este utilizată pentru sinteza purinei, dacă glutamina nu este utilizată pentru sinteza glutamatului. Serina inhibă, de asemenea, homoserina dehidrogenaza I și treonina deaminaza, care sunt necesare pentru sinteza izoleucinei și a treia enzimă a sintezei metioninei.
oxidarea dependentă de NAD a intermediarului glicolitic 3-fosfoglicerat inițiază calea principală de sinteză a serinelor (Figura 7). La produsul rezultat se adaugă azot, 3-fosfohidroxipiruvat, prin transaminare dependentă de glutamat, formând astfel 3-fosfoserină. Defosforilarea 3-fosfoserinei produce apoi serină. Serina hidroxi metiltransferază (SHMT) catalizează conversia reversibilă a serinei în glicină și formarea purtătorului C1 N5, N10-tetrahidrofolat de metilen din tetrahidrofolat. Scindarea oxidativă a glicinei prin sistemul enzimatic de scindare a glicinei (GCV) produce oa doua moleculă de N5, N10-tetrahidrofolat de metilen, precum și amoniac și CO2. Această enzimă poate părea inutilă, dar mutanții cu deficit de GCV elimină glicina, ceea ce implică faptul că este activă. GCV este un complex de patru polipeptide diferite.
Figura 7. Sinteza asimilării serinei, glicinei și cisteinei și sulfatului. Efectorii activității enzimatice și cerințele cofactorului se află sub căi. Compușii inhibitori sunt în paranteze. Efectorii controlului transcripțional sunt deasupra căilor. Represorii sunt între paranteze, în timp ce activatorii nu sunt. Lrp / (leu) indică faptul că Lrp este un activator transcripțional, iar leul împiedică această activare. < > indică compușii necesari pentru stabilitate. C1-THF, N5, N10-metilen-tetrahidrofolat; GLT, glutamat; aKG, centoglutarat; NAS, N-acetilserină; IPP, pirofosfat anorganic; PxP, fosfat piridoxal; THF, tetrahidrofolat.
mutanții cu deficit de SHMT necesită glicină, ceea ce implică faptul că 3-fosfogliceratul este sursa majoră de glicină. Calea dehidrogenazei degradării treoninei generează, de asemenea, serină și glicină. Treonina este degradată în două etape la acetil-CoA și glicină (Figura 7, a doua linie). Serina este generată din acțiunile combinate ale GCV, care produce o unitate C1 și o inversare a reacției SHMT, care consumă unitatea C1 (Figura 7, linia de sus). Această cale este activă numai în timpul creșterii limitate a carbonului în prezența tuturor celor trei aminoacizi cu lanț ramificat și arginină. Primul crește probabil treonina intracelulară, în timp ce funcția argininei nu este evidentă.
Serina inhibă activitățile mai multor enzime, ceea ce sugerează că concentrația intracelulară a serinei este strict reglată. Serina inhibă alosteric 3-fosfoglicerat dehidrogenaza, prima enzimă a căii serice majore. Serina, glicina sau produsele metabolismului C1 nu afectează activitatea niciunei alte enzime din această cale. În schimb, reglementarea transcripțională este complexă și doar parțial înțeleasă. Suficiența C1 este simțită de un echilibru între homocisteină și s-adenosilmetionină. Acești senzori controlează sinteza SHMT prin MetR, un activator care leagă homocisteina (un senzor de deficiență C1) și MetJ, un represor care leagă s-adenosilmetionina (un senzor de exces C1) și controlează sinteza MetR. Alte produse care necesită unități C1 reprimă, de asemenea, enzimele acestei căi. Purinele hipoxantină și guanină leagă PurR, care apoi reprimă SHMT și GCV. Un complex de GcvA-GcvR reprimă sinteza GCV. Glicina determină disocierea GcvR, iar un complex gcva-glicină activează transcrierea. CRP-cAMP poate inversa, de asemenea, represiunea de către GcvA-GcvR. În plus față de acești regulatori, proteina receptivă la leucină, Lrp, controlează și aceste gene. Lrp în absența leucinei tinde să favorizeze calea primară a sintezei serinei și glicinei. Lrp cu leucină scade calea primară, crește calea secundară de sinteză a serinei, adică calea treonin dehidrogenazei catabolismului treoninei și crește catabolismul serinei. În cele din urmă, limitarea azotului și regulatorii de răspuns Ntr reprimă 3-fosfoglicerat dehidrogenaza, care probabil scade concentrația serinei și previne inhibarea serinei glutaminei sintetazei atunci când funcția sa principală este asimilarea amoniacului.
datorită toxicității serice, enzimele degradante pot contribui la menținerea concentrației serice intracelulare. Enzimele primare ale catabolismului serinic sunt serin deaminazele / dehidratazele. E. coli conține trei serine deaminaze distincte, iar alte trei enzime au activitate serină deaminază ca reacție secundară. Reglarea acestor enzime este uimitor de complexă. Fără a intra în detalii, se remarcă faptul că Serina poate fi degradată ca sursă unică de carbon, dar numai în prezența leucinei sau glicinei, care este necesară pentru inducerea enzimelor catabolice. Glicina poate fi utilizată ca sursă unică de azot. Calea implică GCV, formarea serinei prin SHMT și catabolismul ulterior al serinei.