Метаболические пути синтеза

Учебные материалы по биологии / Генетика и биохимия микробного синтеза полигидроксиалканоатов / Метаболические пути синтеза

Страница 2

Известно, что пул ацетил-КоА (основного субстрата β-кетотиолазы) формируется в клетках R.eutropha в результате катаболизма жирных кислот, аминокислот и углеводов. В условиях дефицита азота в среде в клетках синтезируется гомополимер оксимасляной кислоты. Синтез гетерополимерных ПГА обычно наблюдается при добавлении в среду жирных кислот или других альтернативных ко-субстратов. Однако, мутант A.eutrophus с измененным анаболизмом разветвленных аминокислот синтезировал многокомпонентные ПГА без добавок в культуральную среду жирных кислот. Это объясняется тем, что при катаболизме валина, треонина и изолейцина образуется пропионил-КоА, вступающий в реакцию конденсации с ацетил-КоА, при этом в кетотиолазной реакции образуется 3-кетовалерат-КоА, восстанавливающийся далее до соответствующей гидроксикислоты - субстрата ПГА-синтазы.

Таким образом, в R.eutropha обнаружено, по крайней мере, три кетотиолазы, отличающейся своей специфичностью к субстратам. Продукты всех кетотиолаз используются в синтезе ПГА. Фермент играет ведущую роль в клеточном метаболизме, так как именно он, реагируя на уровень ацетил-КоА и КоА в клетке, включает синтез запасного материала - ПГА.

На втором этапе синтеза ПГА происходит восстановление продуктов, полученных в кетотиолазной реакции, до гидроксикислот. Это реакция катализируется вторым ферментом биосинтетического пути ПГА - ацетоацетил-КоА-редуктазой. В R.eutropha обнаружено две редуктазы - НАДН - и НАДФН-зависимые. В синтезе полимера участвует только НАДФН-зависимая ацетоацетил-КоА редуктаза. Фермент отличается высокой специфичностью к длине цепи кетоацил производных КоА и активен с 3-гидроксиацил-КоА с длиной цепи от 4 до 6 атомов углерода. Высокая специфичность редуктазы из R.eutropha к длине цепи субстрата была подтверждена в более поздних работах с рекомбинантными штаммами Е. coli. Критическим фактором, определяющим активность фермента, является соотношение НАДФН/НАДФ. При высоких значениях этого соотношения активность фермента возрастает. Установлено, что скорость синтеза полимера в R.eutropha, выращиваемого на различных источниках углерода, строго зависит от концентрации в клетке НАДФН. Эти данные подтверждают ранее выдвинутое предположение о том, что редуктаза определяет скорость синтеза полимера в клетке.

Третьим ключевым ферментом биосинтеза, определяющий тип ПГА, является ПГА - синтаза.

Таким образом, в синтезе полигидроксиалканоатов участвуют три фермента. Первые два отвечают за синтез субстратов, причем кетотиолаза включает синтез полимера. ПГА - синтаза определяет количество и качество синтезированного ПГА.