メチルグリオキサール経路

メチルグリオキサール経路は、一部の原核生物に見られる解糖系の分岐であり、グルコースをメチルグリオキサールに変換し、さらにピルビン酸に変換します。^{[ 1 ]}しかし、解糖系とは異なり、メチルグリオキサール経路はアデノシン三リン酸（ATP） を生成しません。この経路は、基質であるメチルグリオキサールにちなんで名付けられました。メチルグリオキサールは3つの炭素を持ち、1番目の炭素に2つのカルボニル基、2番目の炭素に1つのカルボニル基があります。しかし、メチルグリオキサールは反応性の高いアルデヒドであり、細胞に対して非常に毒性が強く、ミリモル濃度で大腸菌の増殖を阻害することができます。細胞によるグルコースの過剰摂取は、メチルグリオキサール経路の活性化にとって最も重要なプロセスです。^{[ 2 ]}

メチルグリオキサール経路は、グルコース、グルコース-6-リン酸、乳酸、グリセロールなどの炭素含有分子の細胞間取り込みが増加することによって活性化される。メチルグリオキサールは、ジヒドロキシアセトンリン酸（DHAP）からメチルグリオキサールシンターゼという酵素によって生成され、リン酸基が放出される。

メチルグリオキサールは、D-乳酸とL-乳酸の2つの異なる生成物に変換されます。メチルグリオキサール還元酵素とアルデヒド脱水素酵素は、メチルグリオキサールを乳酸アルデヒドに変換し、最終的にL-乳酸に変換します。メチルグリオキサールがグリオキシラーゼ経路に入ると、ラクトイルグアタチオンに変換され、最終的にD-乳酸になります。D-乳酸とL-乳酸は両方ともピルビン酸に変換されます。生成されたピルビン酸は、多くの場合クレブス回路に入ります。^{[ 3 ]}

メチルグリオキサールの潜在的に危険な影響には、この基質との反応の調節が必要です。メチルグリオキサールの合成は、DHAPとリン酸の濃度によって調節されます。DHAPの濃度が高いと、メチルグリオキサール合成酵素がメチルグリオキサールを生成するように促されますが、リン酸の濃度が高いと、この酵素が阻害され、メチルグリオキサールの生成が抑制されます。トリオースリン酸イソメラーゼという酵素は、グリセルアルデヒド-3-リン酸（GAP）をDHAPに変換することで、DHAPの濃度に影響を与えます。GAPをピルビン酸に変換する通常の経路は、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼという酵素から始まります。^{[ 3 ]}リン酸濃度が低いと、GAPデヒドロゲナーゼが阻害され、代わりにトリオースリン酸イソメラーゼ によってGAPがDHAPに変換されます。ここでも、DHAPの濃度が上昇すると、メチルグリオキサール合成酵素が活性化され、メチルグリオキサールが生成されます。^{[ 3 ]}

ヤン・ウェーバー、アンケ・カイザー、ウルスラ・リナスは、大腸菌が常に高濃度のグルコースにさらされたときにメチルグリオキサール経路に何が起こるかを調べる実験を行った。メチルグリオキサールの濃度は20μmolに達するまで増加した。その後、メチルグリオキサールの濃度はこのレベルに達すると減少し始めた。メチルグリオキサールの濃度の減少は呼吸活性の低下と関連していた。呼吸活性が増加すると、メチルグリオキサールの濃度は再び増加し、20μmolの濃度に達した。^{[ 3 ]}

この経路はATPを生成せず、解糖系に取って代わるものでもなく、解糖系と同時に進行し、糖リン酸の濃度が上昇した場合にのみ開始されます。メチルグリオキサール経路の目的の一つは、糖リン酸濃度の上昇によるストレスを軽減することだと考えられています。また、DHAPからメチルグリオキサールが生成されると、無機リン酸が放出され、必要な無機リン酸の低濃度を補充するために使用できます。メチルグリオキサール経路は、生成されるエネルギーが少なく、毒性化合物であるメチルグリオキサールが生成されるため、かなり危険な戦略です。^{[ 3 ]}

Saadat, D.、Harrison, DHT「大腸菌由来メチルグリオキサールシンターゼ」RCSBタンパク質データベース。2007年4月24日。RCSBタンパク質データベース。2007年4月25日 < http://www.pdb.org/pdb/explore.do?structureId=1B93 >。

「大腸菌由来メチルグリオキサールシンターゼ」。RCSBタンパク質データベース。2007年4月24日。RCSBタンパク質データベース。2007年4月25日 < http://www.pdb.org/pdb/explore.do?structureId=1B93 >。

Yun, M.、C.-G. Park、J.-Y Kim、および H.-W. Park。「大腸菌由来グリエルアルデヒド 3-リン酸デヒドロゲナーゼの構造解析：基質結合と補因子誘導コンフォメーション変化の直接的証拠」。RCSBタンパク質データベース。2007 年 4 月 24 日。RCSB タンパク質データベース。2007 年 4 月 30 日 < http://www.pdb.org/pdb/explore.do?structureId=1DC4 >。