Нет

Jun 17, 2023

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1290 (2022) Цитировать эту статью

909 Доступов

1 Цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактерии и эукарии используют неокислительный пентозофосфатный путь для направления рибозных фрагментов нуклеозидов на центральный углеродный метаболизм. Многие археи не обладают этим путем, и вместо этого Thermococcales используют пентозобисфосфатный путь, включающий рибозо-1,5-бисфосфат (R15P) изомеразу и рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP) карбоксилазу/оксигеназу (Rubisco). Интересно, что множественные геномы галофильных архей, по-видимому, содержат только изомеразу R15P и не содержат Рубиско. В этом исследовании мы идентифицируем ранее нераспознанный путь деградации нуклеозидов у галофильных архей, состоящий из гуанозинфосфорилазы, АТФ-зависимой рибозо-1-фосфаткиназы, R15P-изомеразы, RuBP-фосфатазы, рибулозо-1-фосфатальдолазы и гликоляльдегидредуктазы. Этот путь превращает рибозную часть гуанозина в дигидроксиацетонфосфат и этиленгликоль. Хотя метаболический путь от гуанозина до RuBP через R15P аналогичен пути пентозобисфосфата у Thermococcales, нижестоящий путь не использует Rubisco и уникален для галофильных архей.

Хорошо известно, что археи обладают уникальными метаболическими ферментами и путями, отсутствующими у бактерий и эукариев1,2,3. Характерным примером является метаболизм пентозы. Бактерии и эукариоты используют пентозофосфатный путь4 для синтеза или расщепления пентозных фрагментов нуклеиновых кислот. Окислительный пентозофосфатный путь (путь OPP) синтезирует предшественники нуклеиновых кислот рибулозо-5-фосфат (Ru5P) и рибозо-5-фосфат (R5P) из глюкозо-6-фосфата, а также обеспечивает восстанавливающие эквиваленты в форме НАДФН. Неокислительный пентозофосфатный путь (путь NOPP) осуществляет взаимное превращение пентоз (Ru5P и R5P) и фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата и, таким образом, может превращать рибозные фрагменты нуклеозидов в промежуточные соединения центрального углеродного метаболизма (дополнительный рисунок). 1а). Однако многие археи не обладают путями OPP и NOPP. Вместо этого они используют путь рибулозо-монофосфата (RuMP) для производства пентоз, необходимых для биосинтеза нуклеиновых кислот5,6,7, превращая фруктозо-6-фосфат в Ru5P и формальдегид. В качестве исключения большинство галофильных архей обладают путем OPP7,8,9,10, в то время как ряд видов архей, включая представителей Thermoplasmatota, Thaumarchaeota, Halorhabdus, Methanococcus и Methanocaldococcus, по прогнозам, содержат гомологи генов, составляющие путь NOPP. Однако следует отметить, что хотя Methanocaldococcus jannaschii несет в себе как путь NOPP, так и путь RuMP11, R5P, по-видимому, генерируется путем RuMP12.

Что касается деградации нуклеозидов, гипертермофильные археи Thermococcus kodakarensis используют пентозобисфосфатный путь13,14,15 (рис. 1a и дополнительный рисунок 1b). Метаболиты этого пути сильно отличаются от метаболитов пентозофосфатного пути, и в нем участвует ряд уникальных ферментов. Как и у бактерий и эукариот, нуклеозиды превращаются в рибозо-1-фосфаты (R1P) и азотистые основания с помощью трех нуклеозидфосфорилаз, распознающих уридин, гуанозин и аденозин (TK1479, TK1482 и TK1895 соответственно). В то время как R1P превращается в R5P по пентозофосфатному пути, R1P фосфорилируется АДФ-зависимой рибозо-1-фосфаткиназой (ADP-R1PK; TK2029) у T. kodakarensis, образуя рибозо-1,5-бисфосфат (R15P). Изомераза R15P (TK0185) затем превращает R15P в рибулозо-1,5-бисфосфат (RuBP), который впоследствии превращается в 3-фосфоглицерат (3-PGA) под действием карбоксилазной активности рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы (Rubisco ;ТК2290)16,17,18,19. T. kodakarensis также содержит уникальную нуклеозид-5'-монофосфатфосфорилазу (NMP-фосфорилаза, ранее обозначаемая AMP-фосфорилаза; TK0352), которая катализирует фосфоролиз AMP, CMP и UMP14,15. Это позволяет осуществлять прямое преобразование NMP в R15P, а также преобразование нуклеозидов в NMP через R1P и R15P (рис. 1a и дополнительный рисунок 1b). Таким образом, R15P действует как узел, который соединяет метаболизм нуклеозидов и нуклеотидов с центральным углеродным метаболизмом13,20.