پیدا کردن یک نقش جدید برای آنزیم های درگیر در متابولیسم مرکزی باکتری E.coli

پژوهشگران به تازگی یک عملکرد جدید برای یکی از آنزیم‌های سیستم PTS (فسفوانول پیروات-کربوهیدرات فسفوترانسفراز) در متابولیسم مرکزی باکتری E.coli پیدا کرده‌اند.

بسیاری از مسیرهای متابولیکی مرکزی به شکل گسترده‌ای در گونه‌های مختلفی از حیات مشترک هستند.درک اساسی از آنزیم‌های درگیر در چرخه های متابولیکی، یک کوشش همیشگی در زیست‌شناسی سلولی و بیوشیمی بوده است.

به تازگی پژوهشگران یک سیستم متشکل از 4 آنزیم را مورد بررسی قرار داده‌اند که هم برای آوردن قند به داخل سلول و هم برای انجام یک مرحله پایین دستی جهت شکستن آن در فرآیندی بنام گلیکولیز، ایفای نقش می‌کنند. پیوند این دو مرحله در داخل سیستمی که PTS نامیده می‌شود، به سلول اجازه می‌دهد تا سرعت مصرف و هضم یک قند را با هم تطبیق دهد؛ بطوری که وقتی یک قند در دسترس است، بتواند با بیشترین بازده ممکن رشد کند. همچین در شرایطی که قندها به اندازه کافی در دسترس نیستند، به سلول اجازه تشخیص این شرایط و انطباق با آن را می‌دهد.

آنزیم I، که مرحله پایانی زنجیره واکنش‌های PTS است، واکنش پایین دستی را انجام می‌دهد که متابولیتی بنام PEP (فسفوانول پیروات) را به پیروات تبدیل می‌کند. محققان دریافتند که آنزیم I همچنین می‌تواند واکنش معکوس یعنی تبدیل پیروات به PEP را هم انجام دهد. آنها به کمک یک سوبسترای نشان‌دار، برای اولین بار نشان دادند که وقتی مسیر برای تولید قندها از سوبستراهای غیرقندی مانند استات و پیروات به صورت معکوس در مسیری بنام گلوکونئوژنز اتفاق می‌افتد، آنزیم I نقش عمده‌ای را ایفا می‌کند. حتی وقتی قند مصرف می‌شود و عمده جریان کربن از PEP به سمت پیروات است، هنوز هم آنزیم I مقداری «جریان بازگشتی» را در جهت مخالف تسهیل می‌کند.

این مطالعه به درک اساسی از متابولیسم باکتری E.coli کمک می‌کند. از آنجا که بیشتر باکتری‌ها از سیستم PTS استفاده می‌کنند، محققان اعتقاد دارند که این نتایج به احتمال زیاد در دیگر گونه‌ها هم اتفاق می‌افتد.

با اینکه مطالعات بر روی E.coli بهتر از هر باکتری دیگری انجام شده است، اما بسیار قابل توجه است که ما هنوز هم در حال یادگیری چیزهای جدیدی در مورد متابولیسم مرکزی آن هستیم. این نتایج یک نکته بدیهی در کتاب های مرجع در رابطه با انرژی و تنظیم گلیکولیز را به چالش می‌کشد که بیان می‌دارد واکنش تبدیل PEP به پیروات افت انرژی زیادی دارد و بنابراین برگشت ناپذیر است. یافته‌های این تحقیق دلایلی برای تجدیدنظر درباره درک ما از ترمودینامیک، کنترل و مهندسی اهداف متابولیسم مرکزی کربن است.

ترجمه: محمد رضازاده