serin och glycin
Serin är en föregångare för cystein, selenocystein, tryptofan, glycin och fosfolipider. Glycin är en föregångare för puriner, pyridoxal och heminnehållande föreningar. Glycinsyntes och klyvning genererar C1-enheter, vilka krävs för syntes av puriner, tymin, metionin och pantotenat och formylering av initiatorn tRNAMet. Serin-glycinvägen har uppskattats stå för cirka 15% av det kol som assimileras av glukosodlade celler. Serin och glycin hämmar glutaminsyntetas. Motiveringen för sådan reglering innefattar förmodligen purinsyntes. Purinsyntes kräver serin, glycin, C1-enheter och glutamin. Hög serin och glycin kan indikera purin tillräcklighet, och ett minskat behov av glutamin för purinsyntes. Nästan hälften av den syntetiserade glutaminen används för purinsyntes, om glutamin inte används för glutamatsyntes. Serin hämmar också homoserindehydrogenas I och treonindeaminas, som krävs för isoleucinsyntes, och det tredje enzymet av metioninsyntes.
NAD – beroende oxidation av det glykolytiska mellanliggande 3-fosfoglyceratet initierar den huvudsakliga vägen för serinsyntes (Figur 7). Kväve tillsätts till den resulterande produkten, 3-fosfohydroxipyruvat, genom glutamatberoende transaminering och bildar sålunda 3-fosfoserin. Defosforylering av 3-fosfoserin producerar sedan serin. Serinhydroximetyltransferas (SHMT) katalyserar den reversibla omvandlingen av serin till glycin och bildandet av C1-bäraren N5, N10-metylentetrahydrofolat från tetrahydrofolat. Den oxidativa klyvningen av glycin genom glycinklyvningsenzymsystemet (GCV) producerar en andra molekyl av N5, N10-metylentetrahydrofolat, såväl som ammoniak och CO2. Detta enzym kan verka onödigt, men mutanter som saknar GCV utsöndrar glycin, vilket innebär att det är aktivt. GCV är ett komplex av fyra olika polypeptider.
Figur 7. Syntes av serin, glycin och cystein och sulfat assimilering. Effektorer av enzymaktivitet och kofaktorkrav finns under vägarna. Hämmande föreningar finns inom parentes. Effektorer av transkriptionskontroll är över vägar. Repressorer är inom parentes, medan aktivatorer inte är det. Lrp / (leu) indikerar att Lrp är en transkriptionsaktivator, och leu förhindrar denna aktivering. & lt; & gt; indikerar föreningar som krävs för stabilitet. C1-THF, N5, N10-metylentetrahydrofolat; GLT, glutamat; aKG, Kubi-ketoglutarat; nas, N-acetylserin; PPI, oorganiskt pyrofosfat; PxP, pyridoxalfosfat; THF, tetrahydrofolat.
mutanter som är bristfälliga i SHMT kräver glycin, vilket innebär att 3-fosfoglycerat är den viktigaste källan till glycin. Dehydrogenasvägen för treoninnedbrytning genererar också serin och glycin. Treonin bryts ned i två steg till acetyl-CoA och glycin (Figur 7, andra raden). Serin genereras från de kombinerade åtgärderna av GCV, som producerar en C1-enhet och en reversering av SHMT-reaktionen, som förbrukar C1-enheten (Figur 7, topplinje). Denna väg är endast aktiv under kolbegränsad tillväxt i närvaro av alla tre grenade aminosyror och arginin. Den förstnämnda ökar förmodligen intracellulär treonin, medan funktionen av arginin inte är uppenbar.
Serin hämmar aktiviteten hos flera enzymer, vilket antyder att den intracellulära koncentrationen av serin är tätt reglerad. Serin hämmar allosteriskt 3-fosfoglyceratdehydrogenas, det första enzymet i den huvudsakliga serinvägen. Serin, glycin eller produkterna av C1-metabolism påverkar inte aktiviteten hos något annat enzym i denna väg. Däremot är transkriptionsregleringen komplex och förstås endast delvis. C1 tillräcklighet känns av en balans mellan homocystein och S-adenosylmetionin. Dessa sensorer styr shmt-syntes genom MetR, en aktivator som binder homocystein (en sensor med C1-brist) och MetJ, en repressor som binder S-adenosylmetionin (en sensor med C1-överskott) och styr MetR-syntes. Andra produkter som kräver C1-enheter undertrycker också enzymer av denna väg. Purinerna hypoxantin och guanin binder PurR, som sedan undertrycker SHMT och GCV. Ett komplex av GcvA-GcvR undertrycker GCV-syntesen. Glycin orsakar dissociation av GcvR, och ett GcvA-glycinkomplex aktiverar transkription. CRP-cAMP kan också vända förtryck av GcvA-GcvR. Förutom dessa regulatorer kontrollerar det leucin-responsiva proteinet, Lrp, också dessa gener. Lrp i frånvaro av leucin tenderar att gynna den primära vägen för serin-och glycinsyntes. Lrp med leucin minskar den primära vägen, ökar den sekundära serinsyntesvägen, det vill säga treonindehydrogenasvägen för treoninkatabolism och ökar serinkatabolism. Slutligen undertrycker kvävebegränsning och NTR-responsregulatorer 3-fosfoglyceratdehydrogenas, vilket förmodligen sänker serinkoncentrationen och förhindrar serinhämning av glutaminsyntetas när dess primära funktion är ammoniakassimilering.
på grund av serintoxicitet kan nedbrytande enzymer bidra till att bibehålla den intracellulära serinkoncentrationen. De primära enzymerna för serin katabolism är serin deaminaser / dehydrataser. E. coli innehåller tre distinkta serin deaminaser, och tre andra enzymer har serin deaminasaktivitet som en sekundär reaktion. Regleringen av dessa enzymer är förvånansvärt komplex. Utan att gå in i detalj noteras att serin kan brytas ned som enda kolkälla, men endast i närvaro av leucin eller glycin, vilket krävs för induktion av kataboliska enzymer. Glycin kan användas som enda kvävekälla. Vägen involverar GCV, bildning av serin genom SHMT och efterföljande katabolism av serin.