¿E. coli puede producir piruvato a partir de acetato?

Resumen

Se requieren varias vías/reacciones metabólicas para que las bacterias conviertan el acetato en piruvato, o más pertinentemente en la vía gluconeogénica, pero la clave es el ciclo o derivación del glioxilato . La secuencia de reacciones es:

• 2 acetato → 2 acetil CoA (acetil CoA sintetasa)
• 1 acetil CoA + oxaloacetato → citrato → isocitrato (entrada al ciclo Krebs TCA)
• isocitrato → glioxilato + succinato (derivación de glioxilato)
• succinato → oxalacetato (ciclo Krebs TCA)
• 1 acetil CoA + glioxilato → malato (derivación de glioxilato)
• malato → oxalacetato (ciclo Krebs TCA)

Así, las dos moléculas de acetato reponen la molécula original de oxaloacetato utilizada para que una de ellas entre en el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), con, además, una segunda molécula de oxaloacetato. Esto está disponible para:

• oxaloacetato → fosfoenolpiruvato (PEP carboxiquinasa de la gluconeogénesis)

El fosfoenolpiruvato (PEP) podría, en principio, convertirse en piruvato:

• fosfoenolpiruvato → piruvato (piruvato quinasa de la glucólisis)

Aunque esta secuencia de reacciones normalmente se usaría para generar glucosa, etc. a través de la gluconeogénesis.

El vínculo entre el ciclo TCA y el metabolismo de la glucosa

Además de oxidar acetil CoA, el ciclo del ácido tricarboxílico de Krebs (ciclo TCA) puede actuar como fuente de ciertos intermediarios metabólicos para otras vías. Como se muestra a continuación, el oxaloacetato (OAA) se puede convertir en fosofenol piruvato (PEP), en una reacción que forma parte de la conversión gluconeogénica de piruvato en PEP.

Aunque ciertas bacterias pueden convertir el acetato en acetil CoA en una reacción catalizada por la acetil CoA sintetasa , el ciclo TCA per se no realiza una conversión neta de acetil CoA en OAA , porque se necesita una molécula de OAA para que la acetil CoA entre en el ciclo TCA y debe ser regenerado El ciclo TCA, en efecto, oxida el acetil CoA a dióxido de carbono. El ciclo TCA, per se , solo puede convertir en OAA y PEP aquellos intermedios que ingresan al ciclo directamente después de la etapa de acetil CoA.

La derivación de glioxilato

Lo anterior explica por qué la mayoría de los animales no pueden convertir la grasa en glucosa . (La piruvato deshidrogenasa no puede convertir el acetil CoA en piruvato si esta reacción es efectivamente irreversible). Sin embargo, las plantas y ciertas bacterias (incluida Escherichia coli ) pueden superar esta limitación por medio de la derivación del glioxilato. Un texto disponible en línea que explica esto es Berg et al. , en una sección titulada 'El ciclo del glioxilato permite que las plantas y las bacterias crezcan en acetato' . Para ayudar a aclarar esto, he preparado mi propio diagrama, a continuación.

Esto implica la conversión:

oxaloacetate + 2 acetyl CoA → 2 oxaloacetate

es decir, la conversión neta de

2 acetyl CoA → oxaloacetate

Las reacciones de derivación de glioxilato se imponen en el ciclo de TCA con una superposición rosa. Una molécula de acetil CoA se condensa con OAA para ingresar al ciclo TCA de manera normal. Sin embargo, el isocitrato formado a partir de citrato, en lugar de descarboxilarse, se convierte en glioxilato y succinato. El succinato, un ácido dicarboxílico, regenera la molécula original de OAA utilizada para permitir que el acetil CoA ingrese al ciclo del TCA.

¿Qué pasa con el glicoxilato producido en la reacción de isocitrato liasa? Reacciona con una segunda molécula de acetil CoA para producir el malato de ácido dicarboxílico en una reacción catalizada por la malato sintasa, la segunda enzima única de la derivación. Este intermedio del ciclo TCA se convierte en OAA. Este segundo OAA es una ganancia neta del metabolismo y puede convertirse en PEP, como se indica en el primer diagrama.

El cartel pregunta sobre la producción de piruvato a partir de acetato. Esto es técnicamente posible a través de la reacción de la piruvato quinasa. Sin embargo, no veo el punto de esto. Normalmente esperaría que la PEP se canalice a lo largo de la vía gluconeogénica hacia la glucosa.

Coda: Piruvato: ferredoxina oxidorreductasa

El póster sugiere una serie de reacciones para convertir el acetato en piruvato, siendo la última catalizada por piruvato: ferredoxina oxidorreductasa. Aunque la reacción piruvato:ferredoxina oxidorreductasa (EC 1.2.7.1) es reversible, generalmente funciona para oxidar el piruvato a acetil CoA . Se utiliza como una alternativa a la piruvato deshidrogenasa por bacterias en condiciones anaeróbicas (ya que no requiere NAD ⁺ ), y esto se considera como su papel en E. coli y, en mayor medida, en anaerobios obligados como Clostridium .

La reacción inversa sugerida por el póster, que implica la síntesis de piruvato a partir de acetil CoA , está restringida a los autótrofos.