エントナー・ドゥドロフ経路

エントナー・ドゥドロフ経路（ED経路）は、グラム陰性細菌、特定のグラム陽性細菌、および古細菌で最も顕著な代謝経路です。^{[ 1 ]} ED経路ではグルコースが基質であり、一連の酵素補助化学反応を経てピルビン酸に異化されます。エントナーとドゥドロフ（1952年）およびマギーとドゥドロフ（1954年）は、細菌Pseudomonas saccharophilaでED経路を初めて報告しました。^{[ 2 ]}当初は解糖系（EMP）とペントースリン酸経路（PPP）の代替経路と考えられていましたが、現在ではEMPの本来の役割は同化作用に関するものであり、時間の経過とともに異化作用に転用された可能性があり、ED経路の方が古い経路である可能性を示唆する研究もあります。^{[ 3 ]}最近の研究では、ED経路の普及率は当初の予測よりも広範囲に及んでいる可能性があり、シアノバクテリア、シダ、藻類、コケ、植物にこの経路が存在することを裏付ける証拠も得られています。^{[ 4 ]}特に、オオムギ（ Hordeum vulgare ）がエントナー・ドゥドロフ経路を使用しているという直接的な証拠があります。^{[ 4 ]}

エントナー・ドゥドロフ経路の際立った特徴は以下のとおりである。

• グルコースをピルビン酸に異化するために、 6-ホスホグルコン酸デヒドラターゼ、2-ケト-3-デオキシ-6-ホスホグルコン酸アルドラーゼ（KDPGアルドラーゼ）などの独自の酵素、および他の代謝経路で一般的な代謝酵素を使用します。^{[ 1 ]}
• グルコースを分解する過程では、処理されるグルコース分子1個につき、正味1 ATP 、1 NADH、および1 NADPHが生成されます。これに対し、解糖系では、代謝されるグルコース分子1個につき、正味2 ATP分子と2 NADH分子が生成されます。このエネルギー生成の差は、経路ごとに必要なタンパク質量の差によって相殺される可能性があります。^{[ 5 ]}

古細菌にはエントナー・ドゥドロフ経路の変異体が存在する。これらの変異体は半リン酸化ED（spED）と非リン酸化ED（npED）と呼ばれる。^{[ 6 ]}

• spEDは好塩性ユーリ古細菌とクロストリジウム属に見られる。^{[ 6 ]}
• spEDでは、リン酸化が起こる場所が異なります。標準EDでは、リン酸化はグルコースからG6Pへの最初のステップで起こります。spEDでは、グルコースはまずグルコース脱水素酵素によってグルコン酸に酸化されます。次に、グルコン酸脱水酵素がグルコン酸を2-ケト-3-デオキシグルコン酸（KDG）に変換します。次のステップで、KDGキナーゼがKDGをKDPGに変換する際にリン酸化が起こります。KDPGはその後、 KDPGアルドラーゼによってグリセルアルデヒド-3-リン酸（GAP）とピルビン酸に分解され、標準EDと同じEMP経路をたどります。この経路は標準EDと同じ量のATPを生成します。^{[ 6 ]}
• npEDは好熱好酸性のSulfolobus、Euryarchaeota Tp. acidophilum、およびPicrophilus種に見られる。^{[ 6 ]}
• npEDでは、リン酸化は全く起こりません。経路はspEDと同じですが、KDGでリン酸化が起こる代わりに、KDGはKDGアルドラーゼによってピルビン酸とグリセルアルデヒド（GA）に分解されます。ここから、GAはGAデヒドロゲナーゼによってグリセリン酸に酸化されます。グリセリン酸はグリセリン酸キナーゼによってリン酸化されて2PGになります。2PGはその後、EDと同じ経路をたどり、エノラーゼとピルビン酸キナーゼによってピルビン酸に変換されます。ただし、この経路ではATPは生成されません。^{[ 6 ]}

クレナルカエオータ属のSul . solfataricusやTpt. tenaxなどの一部の古細菌は、分岐型EDと呼ばれる構造を持つ。分岐型EDでは、生物はspEDとnpEDの両方を持ち、両方とも機能し、並行して働く。

グルコースの代謝にエントナー・ドゥドロフ経路を使用し、解糖系による異化ができない細菌がいくつか存在する（例えば、シュードモナス属に見られるようなホスホフルクトキナーゼなどの必須解糖酵素を欠いている）。^{[ 1 ]} この経路が顕著な属には、以下に挙げるグラム陰性菌、エンテロコッカス・フェカリスなどのグラム陽性菌[7]、および原核生物の2番目に明確な分岐である古細菌（^{原核生物の}真正細菌と真核生物に次ぐ「生命の3番目のドメイン」）のいくつかが含まれる。^{[ 6 ]} ED経路のエネルギー収量が低いため、嫌気性細菌は主に解糖系を使用しているようで、好気性菌と通性嫌気性菌はED経路を持っている可能性が高い。これは、好気性菌と通性嫌気性菌が酸化リン酸化などの解糖系以外のATP生成経路を持っているためと考えられています。そのため、ED経路は必要なタンパク質の量が少ないため優先されます。一方、嫌気性細菌は必要なATPの大部分を生成するために解糖系経路に頼らなければならないため、解糖系経路の2 ATP生成はED経路の1 ATP生成よりも優先されます。^{[ 5 ]}

この経路を利用する細菌の例としては、以下のようなものがある。

• シュードモナス属[ ^{8 ]は}グラム陰性細菌の属である。
• アゾトバクター属[ ^{9 ]は}グラム陰性細菌の属である。
• リゾビウム属[ ^{10 ]}は、植物の根に共生し、植物の分化に関与するグラム陰性細菌の属である^。
• アグロバクテリウム属^{[ 11 ]}は、グラム陰性細菌の植物病原菌（発がん性）属であり、バイオテクノロジー分野でも利用されている。
• 大腸菌[ ^{8 ]}はグラム陰性細菌である^。
• エンテロコッカス・フェカリス[ ^{12 ]}はグラム陽性細菌である^。
• Zymomonas mobilisはグラム陰性の通性嫌気性菌である。
• Xanthomonas campestris ^{[ 13 ] は}、この経路をエネルギー供給の主要経路として利用するグラム陰性細菌です。

現在までに、真核生物がこの経路を利用している証拠があり、これまで考えられていたよりも広く普及している可能性が示唆されている。

• オオムギ（Hordeum vulgare）はエントナー・デュオドロフ経路を利用する。 ^{[ 4 ]}
• 珪藻モデル種であるPhaeodactylum tricornutumは、ゲノム内に機能的なホスホグルコン酸脱水酵素および脱オキシホスホグルコン酸アルドラーゼ遺伝子を有している^{[ 14 ] 。}

エントナー・ドゥドロフ経路は多くの古細菌種に存在し（ただし、後述を参照）、その代謝は「細菌や下等真核生物の代謝の複雑さに似ている」が、多くの場合、独自の改変型として、この経路とエンブデン・マイヤーホフ・パルナス解糖経路の両方を含んでいる。 ^{[ 6 ]}

• Bräsen C.; D. Esser; B. Rauch & B. Siebers (2014)「古細菌における炭水化物代謝：特異な酵素と経路およびその制御に関する最新の知見」Microbiol. Mol. Biol. Rev. 78 (1; March), pp.  89–175, DOI 10.1128/MMBR.00041-13、参照または（2015年8月3日アクセス）
• Ahmed, H.; B. Tjaden; R. Hensel & B. Siebers (2004) "Thermoproteus tenaxにおけるEmbden–Meyerhof–Parnas経路とEntner–Doudoroff経路：代謝の並行性か特異的適応か？", Biochem. Soc. Trans. 32 (2; April 1), pp.  303–304, DOI 10.1042/bst0320303, 参照（2015年8月3日アクセス）
• Conway T. (1992)「エントナー・ドゥドロフ経路：歴史、生理学、分子生物学」FEMS Microbiol. Rev.、9（1；9月）、pp.  1–27、参照（2015年8月3日アクセス）
• Snyder, L.、Peters, JE、Henkin, TM、Champness, W. (2013). 細菌の分子遺伝学。アメリカ微生物学会。