海洋生物学与生物技术功能实验室发现丙酮酸循环为细菌提供能量

近日，国际知名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS，美国科学院院报）在线刊发了海洋生物学与生物技术功能实验室彭博教授的最新研究成果——为细菌提供能量是丙酮酸循环，而不是三羧酸循环。

众所周知，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。该循环由英国科学家Hans Adolf Krebs于1937年提出，并由此于1953年荣获诺贝尔生理学或医学奖。

海洋生物学与生物技术功能实验室彭博教授课题组长期从事细菌耐药的研究，在国际上首次提出了细菌代谢状态决定细菌耐药性，建立了通过关键代谢物逆转细菌耐药性以控制耐药菌的新策略。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。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。

原文链接：http://www.pnas.org/content/115/7/E1578

2018/4/27