グリオキシル酸回路は、これらの生物は、炭水化物（糖）に脂肪を変換することができ、それを通して、いくつかの微生物および無脊椎動物における植物における代謝経路の存在、（すべての脊椎動物には存在しない）、です。
このルートは1957年に発見されましたが、Kornberg、Krebs、Beeversは、大腸菌などの細菌が唯一の炭素源としての酢酸塩の存在下でどのように成長し、発芽した苗木（Ricinus communis）が脂肪を炭水化物。
グリオキシル酸サイクルの概略図（出典：Wikimedia Commons経由のAgrotman）
これらの3人の研究者による研究は、イソクエン酸リアーゼとリンゴ酸シンターゼとして知られる2つの酵素の発見につながりました。これらの酵素は、クレブス回路の酵素と一緒に、2つのアセチルcoA分子からコハク酸の合成を可能にします。
このようにして生成されたコハク酸塩は、トリカルボン酸回路を通じてリンゴ酸塩に変換され、後で糖新生によるグルコースの生成に使用できます。
この経路は、植物、グリオキシソームと呼ばれる特別なオルガネラで発生し、発芽の初期段階で苗の生存に不可欠です。
特徴
グリオキシル酸経路はクレブス回路の「修飾」と見なすことができますが、前者では酸化的脱炭酸が起こらないという違いがありますが、2つのアセテートユニットから4つの炭素ジカルボン酸を形成できます。炭素。
グリオキシレートサイクルのこの特性は、一部の生物がクレブスサイクルを特定する二酸化炭素の形で炭素原子の損失を回避（「バイパス」）する必要がある方法として説明されています。
植物では、グリオキシレートサイクルは、グリオキシソームと呼ばれる単純な膜に囲まれた細胞質小器官内で発生します。一方、酵母や藻類などの他の生物では、この経路はサイトゾルで発生します。
グリオキシソームは、構造的にペルオキシソーム（一部の著者はそれらを「特殊化したペルオキシソーム」と見なします）、脂肪酸のβ酸化の一部と真核生物の活性酸素種の除去を担当する他のオルガネラと似ています。
内部では、脂肪酸が酸化されてアセチル-CoAが生成され、続いてこれが4つの炭素原子を持つ化合物に凝縮されます。これらの化合物はミトコンドリアに選択的に輸送され、そこでリンゴ酸に変換されるか、細胞質ゾルに輸送されて、糖新生経路（グルコース合成）に入ります。
グリオキシレート経路とトリカルボン酸サイクルの間で共有される酵素は、ミトコンドリアとグリオキシソームにアイソザイムとして存在します。つまり、両方の経路が互いに独立して機能します。
グリオキシソームの発生
グリオキシソームは植物組織に恒久的に存在するわけではありません。それらは、成長に必要な炭水化物を生成する光合成能力がほとんどない油糧種子の発芽時に特に豊富です。
完全に開発された植物では、糖は主に光合成によって得られるため、脂肪の代謝への関与はそれほど重要ではありません。
反応
脂肪酸の分解による酢酸塩は、エネルギーの豊富な燃料として、また、糖新生を通じてグルコースを合成するためのホスホエノールピルビン酸塩の源として機能します。プロセスは次のとおりです。
グリオキシレートサイクルのステップ
1-クレオキシス回路と同様のグリオキシレート経路は、アセチル-CoA分子と別のオキサロ酢酸との縮合から始まり、クエン酸酵素を触媒する反応であるクエン酸を生成します。
2-アコニターゼ酵素は、このクエン酸塩をイソクエン酸塩に変換します。
3-イソクエン酸は、化合物のコハク酸とグリオキシル酸を形成する酵素イソクエン酸リアーゼの基質として使用されます。
イソクエン酸リアサという酵素の分子構造（出典：Wikimedia CommonsのVrabiochemhw）
4-グリオキシレートは、リンゴ酸シンターゼ酵素によって取り込まれ、アセチル-CoAの2番目の分子との縮合によってリンゴ酸を生成します。
5-リンゴ酸はリンゴ酸デヒドロゲナーゼによってオキサロ酢酸に変換され、この化合物は糖新生経路の前駆体として機能するか、別のアセチル-CoAと縮合してサイクルをもう一度再開することができます。
6-生成されたコハク酸塩をフマル酸塩に変換し、これをリンゴ酸塩に変換して、グルコースを形成するためのより大量のオキサロ酢酸分子を提供することもできます。そうでなければ、この分子はミトコンドリアにエクスポートされ、クレブス回路で機能することもできます。
オキサロ酢酸は、酵素ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼによって触媒されるホスホエノールピルビン酸への変換のおかげで、グルコース産生のための糖新生経路に入ります。
規制
グリオキシレートとトリカルボン酸のサイクルは、互いに多数の中間体を共有しているため、2つの間に調整された制御があります。
さらに、アセチル-CoAからのグルコースおよび他のヘキソースの合成（脂肪の分解から）は少なくとも4つの経路の関与を意味するため、制御メカニズムが存在する必要があります。
-グリオキシレートサイクルとクレブスサイクルの両方に必要なアセチルCoA分子を生成する脂肪酸のβ酸化。植物では、グリオキシソームで起こります。
-グリオキシソームでも発生するグリオキシレートサイクル。前述のように、コハク酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸などの中間体を生成します。
-ミトコンドリアで発生し、コハク酸、リンゴ酸、オキサロ酢酸中間体も生成されるクレブス回路。
-細胞質で発生し、ホスホエノールピルビン酸に変換されたオキサロ酢酸を使用してグルコースを合成する糖新生。
主な制御点は、イソクエン酸脱水素酵素という酵素にあり、その制御には、リン酸基の追加または削除による共有結合修飾が含まれます。
酵素がリン酸化されると、それは不活性化されるので、イソクエン酸はグルコースの生産のためにグリオキシレート経路に向けられます。
特徴
植物では、種子に貯蔵されている脂肪の分解が光合成が未発達の組織でのグルコースの合成に使用されるため、グリオキシレートサイクルは、特に発芽プロセス中に不可欠です。
グルコースは、ATPの形でエネルギーを得たり、構造機能を備えたより複雑な炭水化物を形成したりするための供給源として使用されますが、グリオキシレート経路中に生成される中間体の一部は、他の細胞成分の合成にも使用できます。
微生物で
微生物におけるグリオキシレートサイクルの主な機能は、「代替」代謝経路を提供することです。これにより、微生物は他の炭素源とエネルギーを利用して成長することができます。
これは、大腸菌の場合であり、解糖およびクエン酸サイクルのいくつかの中間体のレベルが低下すると（イソクエン酸塩、3-ホスホグリセリン酸塩、ピルビン酸塩、ホスホエノールピルビン酸塩およびオキサロ酢酸塩）、酵素イソクエン酸塩デヒドロゲナーゼ（クレブス回路に参加）阻害され、イソクエン酸はグリオキシル酸経路に向けられます。
たとえば、バクテリアがアセテートに富む培地で成長するときにこの経路がアクティブである場合、この代謝産物を使用して、4つの炭素原子を持つカルボン酸を合成することができます。 。
例えば、真菌などの他の生物については、病原性は、明らかに代謝上の理由から、活性なグリオキシル酸回路の存在に大きく依存することが示されている。
参考文献
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