소개
글리 옥실 레이트 사이클은 크렙스 사이클의 탈 카르 복실 화 단계를 우회하고 아세틸-코아로부터 액체 탄소의 동화를 일으킨다. 이 대사 경로를위한 유일한 효소는 이소 시트 레이트 리아제(적능력 4.1.3.1)와 말 레이트 신타 제(적능력 2.3.3.9)입니다. 글리 옥실 레이트 사이클은 종자 발아(이스트몬드&그레이엄,2001),다음과 같은 일부 무척추 동물에서 발생합니다. 이 연구에서는 연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발,연구 및 개발, 이 경로는 1957 년에 아세트산과 에탄올에서 탄소 공급원으로 성장한 미생물에 대한 연구 중에 기술되었다(코른 버그&크렙스,1957).
글리 옥실 레이트 사이클에서 아세틸-코아는 옥살로 아세테이트와 결합하여 각각 시트 레이트 및 이소 시트 레이트를 생성한다. 후자는 이소 시트 레이트 리아제에 의해 촉매 된 반응에서 글리 옥실 레이트 및 숙시 네이트를 생성한다. 또한,글리 옥실 레이트는 말 레이트 신타 제에 의해 촉매 된 반응에서 제 2 아세틸-코아 분자와 응축되고,생성 된 말 레이트가 옥살로 아세테이트로 산화되어 중간체를 재생시킨다(단계 비-1 내지 비-5,도 1). 글리 옥실 레이트 사이클의 각 반복에서 두 개의 아세틸-코아 분자가 도입되고 하나의 숙신산 분자의 액체 합성이 일어난다(비크 만스,2009;버그,스트라이어,&티 모츠 코,2015;토레스&마르 조코,2007).
또한,유지 종자의 예비 지질으로부터 생성 된 탄수화물은 식물에 분포되어 엽록체가 엽록체에서 분화되기 시작하여 광합성을 시작할 때까지 탄소 공급원으로 활용된다. 지방과 오일은 콩,땅콩,면화 및 해바라기와 같은 중요한 농업 경제 종으로 구성된 감소 된 형태 임에도 불구하고 많은 종자의 탄소 저장에서 중요한 화학 구조입니다(준 퀴라,2012). 라 우르 산(12:0),미리스트 산(14:0),팔 미트 산(16:0)및 스테아르 산(18:0)산은 야채에서 가장 중요한 포화 지방산입니다; 불포화 산은 올레산(18:1(19)),리놀레산(18:2(19,12))및 리놀렌산(18:3(19,12,15))(타이즈&자이거,2002).
그림 1.
지방산 또는 아세테이트 이화 작용은 글리 옥실 레이트 사이클을 통해 에너지를 생산하여 글리 옥실 레이트 사이클(단계-1~에이-4),글리 옥실 레이트 사이클(단계-1~비-5),크렙스 사이클(단계-1~씨-8),글루코 네오 제네시스(단계-1~디-3)및 해당 과정(단계-1).
한 쌍의 탄소를 갖는 지방산은 동물에서 탄수화물 합성을 초래하지 않는다(넬슨&콕스,2009). 이 사실은 글루코 네오 생성을 지원하는 옥살로 아세테이트의 순 생산이 없기 때문에 발생합니다.이 경우 지방산이 아세틸-코아로 이화되기 때문입니다. 중간체는 크렙스 주기에서 산화되고,아세틸-코아로 들어가는 두 개의 탄소에 대해 두 개의 탄소가 이산화탄소로 손실됩니다(이스트몬드&그레이엄,2001;넬슨&콕스,2009).
포유 동물에서 글리 옥실 레이트 사이클의 부재는 항균제의 개발에 선택적 독성의 표적이 될 수있다. 이소 시트 레이트 리아제에 대한 3-니트로 프로 피오 아미드의 억제 활성. 2011),브로 모 페놀(오 등. 또한,이 물질의 화학적 성질뿐만 아니라 화학적 성질에도 영향을 미친다. 2008;오 외. 2010)이 분석되었습니다.
글리 옥실 레이트 사이클을 통한 지질 이화 작용을 포함하는 에너지 적 측면에 관한 문헌에는 데이터가 없다. 이러한 맥락에서,현재의 연구는 지방산 사슬 크기와 글리 옥실 레이트 사이클에서 생성 된 에너지의 양 사이의 관계를 조사하고 글리 옥실 레이트 사이클이 부족한 동물 세포와 함께이 접근법을 사용하는 세포의 에너지 효율을 비교했습니다.
재료 및 방법
에너지 생산과 소비 단계의 에너지 균형을 수행하여 탄소수 배수 4 를 갖는 지방산의 사슬 크기와 그 분해에 의해 생성 된 에너지를 직접 관련시키는 방정식을 얻었다. 생성 된 방정식에서,아실-코아에 대한 지방산의 활성화에 관련된 에너지 비용은 설명되지 않았다. 그것은 2 개의 고에너지 인산염 결합의 파단을 포함한다.
제안 된 방정식 산화 인산화 및 기질 수준 인산화 글 리 옥 실 레이트 사이클을 포함 하는 지방산 분해에 참여 하는 대사 경로의 각 단계에서 생성 된 양의 추가 의해 얻어진 속도 그것의 응용 프로그램에 의해 얻어진 율 비율을 비교 하 여 검증 되었다. 지방산 분해는 글리 옥시 좀에서의 산화,글리 옥실 레이트 사이클,크렙스 사이클,글루코 네오 제네시스 및 해당 과정의 일부,피루 베이트 탈 카르 복실 화 및 다시 크렙스 사이클을 포함한다(그림 1).
글리 옥실 레이트 사이클을 포함하는 지방산의 분해 에너지 효율은 동물 세포에서의 지방산의 이화 작용과 비교되었다. 이전에 검증 된 방정식이 비교에 사용되었고 동물에서 발생하는 산화-산화에서 생성 된 에너지 양이 계산되었습니다(곤,발두가,&페레이라,2012),현재 연구에서 개발 된 방정식과 결합. 글리 옥실 레이트 사이클의 에너지 효율 계수(이자형%)계정에 글리 옥실 레이트 사이클과 동물의 이화를 복용 지방산 이화 작용에서 생성 된 비에 의해 정의되었다. 매개 변수는 지방산의 탄소 원자 수에 대해 플롯되었습니다. 또한,탄소 2 단일성에 의해 생성 된 유량은 지방산 사슬의 탄소 수의 함수로 표현되었다. 그래패드 프리즘 6.0 은 변수 간의 관계를 나타내는 수학적 모델을 생성했습니다.
결과 및 토론
미토콘드리아 매트릭스는 동물 세포에서 지방산의 산화가 일어나는 주요 부위이다. 그러나 이러한 생체 분자의 이화 작용은 주로 식물의 종자 발아 중 엽면 조직의 퍼 옥시 좀과 글리 옥시 좀에서 발생합니다(뷰캐넌,그루 셈,비커스,&존스,2015). 글리옥시솜에서 지방산의 분해는 표 1 에 표시된 대사 경로를 포함한다.
에너지 생산과 병행하여,지방산을 탄수화물로 전환시키는 것은 오탄당 포스페이트 경로를 통한 구조적 다당류 및 뉴클레오티드의 생산과 같은 다른 기능을 갖는다(넬슨&콕스,2009). 에너지 이득과 관련하여,아마도 진화에 의해 선택된 더 짧고 에너지 적으로 경제적 인 방법은 당분 해 경로에 의해 분해 된 포스 포에 놀 피루 베이트(그림 1 의 단계 디-3)까지 포도당 생성을 포함한다.
느 정도의 에너지(ATP)동안 생산 glyoxysomal 저하의 지방산을
ATP 금액(x)결과 fromglyoxysomal 저하의 지방산 탄소수는 여러 개의 4,followedby gluconeogenesis 까지 phosphoenolpyruvate 및 이화,에너지를 생산,계산할 수 있습에 의하여 합의 ATP 요금 생산되고 소비되는 β-산화(ATP β-OX),glyoxylate 사이클(ATP C GLYOX),레브 사이클(ATP C KREBS), gluconeogenesis(ATP OXAL-PEP)및 분해/Krebs 다시 사이클(ATP PEP-CO2),식에 따라(1):
탄소-탄소 결합의 각 단절글리 옥시 솜과 퍼 옥시 솜에서 산화되는 것은 산화되지 않은 인산화가 2.5 를 생성하는 하나의 나드를 생성한다(그림 1 의 단계-3). 퍼 옥시 솜에서,제 1 단계 산화 동안 제거 된 전자 에너지는 열로 소산된다(그림 1 의 스테파-1).
따라서,일시적 유행 2 산화로부터 순 에너지가 없다(뷰캐넌 외., 2015). 2882>배,여기서 엔 지방산 사슬의 탄소 수입니다. 글리 옥실 레이트 사이클에서 산화-화학식 에 의해 주어진다.(2):
글리 옥실 레이트 사이클로 향하는 두 개의 아세틸-코아 분자마다 아세틸-코아 양의 절반에 해당하는 하나의 석신 분자의 순 생산이 있으므로 엔/4 숙신산 분자가 생성됩니다. 이 단계에서 석시 네이트는 옥살로 아세테이트로 산화되어 산화 인산화에서 4 개의 산화 인산화를 생성합니다(단계 씨-6 및 씨-8,그림 1). 이 값에 해당 없음/4 숙시 네이트 분자를 곱한 값은 크렙스 사이클에서 처음 생성 된 아파 양을 나타내는 수학식 3 으로 표현됩니다:
옥살 아세테이트 잉글 리옥 실 레이트 사이클의 재생은 말산염 산화를 포함하며,이는 산화 적 인산화에서 2.5 의 산화 적 인산화를 생성한다(그림 1 의 단계 비-5). 따라서,글리 옥실 레이트 사이클에서 생성 된 에너지의 양은 방정식으로 표현 될 수있다(4):
크렙 사이클에서 생성 된 과량의 옥살로 아세테이트는 포도당 생성에 지시 될 수있다. 에너지를 생산하기 위해 글루코 네오 생성은 포스 포에 놀 피루 베이트 형성에서 발생하며,그림 1 의 단계 3 은 수학식 5 로 표현된다. 헥 소스에서 유래 된 대사 산물의 형성을위한 글루코 네오 생성 연속은 종자를 발아시키는 중요한 과정이다(뷰캐넌 외. 2015;이스트몬드&그레이엄,2001;케티에&이스트몬드,2009):
피루브산의 산화적 탈카르복실화 및 아세틸-코아 산화를 포함한다. 아세틸-코아 산화에서,3 개의 나드,1 개의 파드 2 및 1 의 생산물은 10 개의 고 에너지 인산 결합에 해당한다. 이 값은 피루브산의 탈카르복실화를 발생시킨 피루브산(화학식 6)과 관련된 기질 수준의 인산화 및 산화적 인산화에 부가된다.
방정식 대체(2), (3), (4),(5) 그리고(6)수학식 1 에서,수학식 7 이 얻어진다. 방정식(8)은 생성 된 에너지의 양과 지방산 사슬의 크기 사이의 직접적인 비율을 설정합니다.
화학식 8 의 검증 화학식 8 을 검증할 수 있도록 글리 옥실 레이트 사이클을 통해 지방산에 의해 생성 된 에너지를 계산하기 위해,그 응용에서 얻은 화학식 8 의 양은 아세틸-코아의 합으로부터 개별적으로 계산 된 화학식 8 의 양과 비교되었다.글리 옥시 좀(표 2). 두 조건 모두에서 얻은 금액은 동일합니다. 이러한 동등한 결과를 고려하여 현재 연구에서 개발 된 방정식은 20 개 이상의 단계를 포함하는 대사 경로의 통합을 고려하여 지질 이화 작용에서 생성 된 에너지 양을 결정했습니다.
또한,에 대한 에너지 균형생성 방정식,그 다음에 검증,다른 대사 경로의 분석을위한 중요한 도구가 될 수 있습니다. 생화학에서 대사 경로에서의 화학량 론적 관계와 같은 측면은 현재 연구에서 결과를 사용하여 접근 할 수 있습니다.
글리 옥실 레이트 사이클과 동물 대사에 의한 지방산의 분해 효율의 비교
이전 연구에 따르면,지방산 분해에 의해 생성 된 동물 세포의 에너지 양탄소 쌍의 수는 지방산의 사슬 크기와 대수적으로 관련이있을 수 있습니다. 이 관계는 식(9)에 의해 표현된다.,2012),현재 연구에서 개발 된 방정식(8)과 비교 될 수있다. 이 두 계수는 글리 옥실 레이트 사이클이 발생하는 동물 세포와 유기체 세포의 산화-산화 사이의 에너지 효율을 비교하기 위해 사용될 수 있습니다.
식(8)을 식(9)으로 나누고 100 을 곱하면,동물 이화 작용과 관련하여 에너지를 생성하는 지방산 분해의 백분율 효율(이자율)이 식(10)에 의해 표현된다.
지방산 사슬 길이(그림 2)에 대해%를 플로팅하면 탄화수소 사슬의 증가에 따라 효율이 감소하는지 확인합니다. 또한,글리 옥실 레이트 사이클을 갖는 세포에서 지방산 산화로부터 얻어진 에너지는 동물 세포에서 유사한 경로에 의해 생성 될 에너지 레벨의 90%미만에 도달한다. 이 비율은 동물 세포에서 더 높은 반면,(그림 3-비).
그림 2.
지방산의 길이 사슬로 인한 글리옥실레이트 사이클 효소를 갖는 유기체에서의 산화-산화 및 유기체에서의 산화-동물에서의 지방산 분해 효율의 비교.
동물,야채 및 일부 미생물은 아세틸-코아를 지방산의 산화로부터 당으로 전환시킬 수 있습니다. 유기체는 글리 옥실 레이트 사이클과 글루코 네오 겐 반응,글리 옥시 좀/퍼 옥시 좀,미토콘드리아 및 세포질 사이에서 구획화됩니다. 이 기능은 박테리아가 아세테이트를 에너지 원으로 사용하고 식물을 발아 중에 사용할 에너지 원으로 씨앗에 저장 할 수 있도록 높은 대사 다양성을 제공합니다.글리 옥실 레이트 사이클(ㅏ)및 비 동물 이화 작용(비)에서 산 지방산의 탄소 원자(엔)로 인해 탄소 원자에 의해 생성 된 아티 피 속도. 20,이후 속도 덜 중요 한 방식으로 증가 합니다.
그림 3.
글리 옥실 레이트 사이클(ㅏ)및 비 동물 이화 작용(비)에서 산 지방산의 탄소 원자(엔)로 인해 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 탄소 원자에 의해 생성 된 20,이후 속도 덜 중요 한 방식으로 증가 합니다.
결론
에너지 생산을 위한 글리 옥실 레이트 사이클에 의한 지방산의 분해는 글리 옥시 좀,글리 옥실 레이트 사이클,크렙스 사이클,글루코 네오 제네시스 및 해당 과정에서 그 특별한 특성을 갖는 산화-산화를 포함한다. 이러한 단계 및 대사 경로에도 불구 하 고 지방산의 체인 길이 저하에서 생산 하는 에너지 금액 사이의 화학 양론 관계 대수적 측면에서 설정할 수 있습니다.
이러한 대사 경로에 관여하는 에너지 화학량론과 동물 세포에서 발생하는 산화 화학량론 간의 비교는 동물 대사와 비교할 때 에너지 효율의 감소를 나타낸다. 크렙스 주기의 탈카르복실화 반응의 우회로들이 존재할 때 유기체에 진화적 적응을 부여하지만,그것은 또한 동물에서 지방산의 분해와 비교할 때 탄소 원자당 생성되는 더 적은 에너지량을 결정한다.