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我国学者发现丙酮酸循环而不是三羧酸循环为细菌提供能量

彭博(中山大学)

  在国家自然科学基金项目(项目编号:31572654、U1701235、31672656、31700119)等资助下,中山大学生命科学学院彭宣宪、李惠教授课题组和彭博教授课题组以细菌为对象,揭示了丙酮酸循环(P循环)而不是三羧酸循环(TCA循环)是三大营养物质(糖类、脂类和氨基酸)的最终代谢途径,揭示了一条正常高效的产能代谢通路,回答了一个细菌生物化学和能量代谢的基本科学问题。研究成果以“Pyruvate cycle increases aminoglycoside efficacy and provides respiratory energy in bacteria”(丙酮酸循环增强氨基糖苷类抗生素杀菌作用和为细菌提供呼吸能)为题,于2018年1月30日在PNAS《美国科学院院刊》上在线发表。论文链接:http://www.pnas.org/content/early/2018/01/29/1714645115。

  TCA循环是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,是三大营养物质(糖类、脂类和氨基酸)的最终代谢通路;其将糖类、脂类和氨基酸代谢有机地联系在一起,是能量的代谢枢纽。课题组在寻找新的逆转细菌耐药性的代谢物质中,发现谷氨酸(glutamate)可以逆转细菌耐药性。其在进入细菌后,不是遵循已知的TCA循环进行代谢(柠檬酸-异柠檬酸-酮戊二酸-琥珀酸辅酶A-琥珀酸-延胡索酸-苹果酸-草酰乙酸-柠檬酸),而是在草酰乙酸的基础上逐步生成磷酸烯醇丙酮酸、丙酮酸、乙酰辅酶A再从柠檬酸进入三羧酸循环,即柠檬酸-异柠檬酸-酮戊二酸-琥珀酸辅酶A-琥珀酸-延胡索酸-苹果酸-草酰乙酸-磷酸烯醇丙酮酸-丙酮酸-乙酰辅酶A-柠檬酸,形成一个全新的循环,故命名为丙酮酸循环(P循环)。进一步的试验证明,P循环是一条正常的生物有氧氧化的最终代谢途径。P循环消耗草酰乙酸, 而TCA循环消耗乙酰辅酶A。糖类、脂类和氨基酸可以直接进入P循环,而糖类和脂类进入TCA循环需要先转变为乙酰辅酶A,说明P循环才利于糖的利用。更重要的是,将P循环多于TCA循环的基因或酶进行相应的缺失或抑制,其对TCA循环的影响与缺失或抑制TCA循环中的基因或酶的影响一致,说明TCA循环耦合在P循环中。综上所述,该研究的创新点主要包括:1)P循环对于调控生物体内能量平衡发挥着重要的作用;2)TCA循环为P循环提供草酰乙酸,是P循环的一条重要旁路;3)P循环调控TCA循环;4)P循环在代谢物逆转细菌耐药性起到关键作用。

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