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、3つの炭素と、1番目の炭素に2つのカルボニル基、2番目の炭素に1つのカルボニル基を持つ基質メチルグリオキサールにちなんで名付けられました。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可能性があります。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
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内への取り込み増加によって活性化されます。メチルグリオキサールは、メチルグリオキサール合成酵素によってジヒドロキシアセトンリン酸（DHAP）からリン酸基を放出して生成されます。
メチルグリオキサールはその後、D-乳酸とL-乳酸という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ラクト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-乳酸はどちらもピルビン酸に変換されます。生成されたピルビン酸は、ほとんどの場合、クレブス回路に入ります（Weber 711–13）。
酵素と調節
メチルグリオキサールの潜在的に危険な影響を回避するには、この基質との反応を制御する必要があります。メチルグリオキサールの合成は、DHAP のレベルとリン酸濃度によって制御されます。DHAP 濃度が高いと、メチルグリオキサール合成酵素によるメチルグリオキサールの生成が促進されますが、リン酸濃度が高いと酵素が阻害されるため、メチルグリオキサールの生成量が増えます。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 のレベルに影響を及ぼします。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 (Weber 711–13)。リン酸レベルが低いと GAP デヒドロゲナーゼが阻害され、代わりに GAP はトリオースリン酸イソメラーゼによって DHAP に変換されます。また、DHAP レベルの上昇は、メチルグリオキサール合成酵素とメチルグリオキサール生成を活性化します (Weber 711–13)。
饗宴濃度におけるメチルグリオキサール濃度の振動
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存在下でメチルグリオキサール経路に何が起こるかを検証する実験を行った。メチルグリオキサール濃度は20μmolに達するまで増加した。この濃度に達すると、メチルグリオキサール濃度は減少し始めた。メチルグリオキサール濃度の減少は呼吸活動の低下と関連していた。呼吸活動が増加すると、メチルグリオキサール濃度は再び増加し、20μmolに達した（Weber 714–15）。
メチルグリオキサール経路はなぜ存在するのでしょうか?
この経路はATPを生成せず、解糖系を置き換えるものでもありません。解糖系と同時に進行し、糖リン酸濃度の上昇によってのみ開始されます。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際には、無機リン酸が生成され、これは必要な無機リン酸の濃度低下を補うために用いられます。メチルグリオキサール経路は、生成されるエネルギー量が少なく、毒性化合物であるメチルグリオキサールが生成されるという点で、かなり危険な手法です。(Weber 715)。
参考文献
- ^ Alfarouk, Khalid O.; Alqahtani, Saad S.; Alshahrani, Saeed; Morgenstern, Jakob; Supuran, Claudiu T.; Reshkin, Stephan J. (2021年1月1日). 「がんにおけるメチルグリオキサール代謝の可能性のある役割」. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry . 36 (1): 2010– 2015. doi : 10.1080/14756366.2021.1972994 . PMC 8451662. PMID 34517737 .
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Weber, Jan, Anke Kayser, Ursula Rinas. Escherichia Coliの代謝フラックス解析 In. Vers. 151: 707-716. 2004年12月6日. Microbiology. 2007年4月10日 <http://mic.sgmjournals.org/cgi/reprint/151/3/707>.
Saadat, D., Harrison, DHT「大腸菌由来メチルグリオキサール合成酵素」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>。
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Yun, M., C.-G. Park, J.-Y. Kim, H.-W. Park. 「大腸菌由来グリエルアルデヒド3-リン酸脱水素酵素の構造解析：基質結合および補因子誘導性立体配座変化の直接的証拠」 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>。
