酵母のリボネ形成

グルコースは、NADPHと必須ヌクレオチド成分リボース-5-リン酸を産生する2つの基本的なルート、解糖と酸化ペントースリン酸経路を介して酵母で異化します。ここでは、NADPHの産生なしで解糖中間体をリボース-5-リン酸に変換する熱力学的に駆動される経路であるリボネ形成について説明します。リボネ形成は、7炭素ビスリン酸化糖セドヘプトロース-1,7-ビスリン酸のトランスケトラーゼとアルドラーゼの組み合わせ作用により、合成から始まります。経路の献身的なステップでは、セドヘプトロースビスリン酸は、酵素セドロース-1,7-ビスホスファターゼ（SHB17）によってセドヘプトロース-7-リン酸に加水分解され、その活性は、対応するノックアウト株の代謝分析に基づいて同定しました。セドヘプトロース-1,7-ビスリン酸を含む複合体におけるSHB17の結晶構造は、基質が活性部位の閉じたフラン型に結合することを明らかにしています。セドヘプトロース-7-リン酸は、最終的に、リボス-5-リン酸への非酸化ペントースリン酸経路の既知の酵素によって変換されます。代謝的に同期した酵母細胞のリボソーム生合成中を含め、NADPHの需要に比べてリボース需要が高い場合、SHB17を通るフラックスは増加します。

Glucose is catabolized in yeast via two fundamental routes, glycolysis and the oxidative pentose phosphate pathway, which produces NADPH and the essential nucleotide component ribose-5-phosphate. Here, we describe riboneogenesis, a thermodynamically driven pathway that converts glycolytic intermediates into ribose-5-phosphate without production of NADPH. Riboneogenesis begins with synthesis, by the combined action of transketolase and aldolase, of the seven-carbon bisphosphorylated sugar sedoheptulose-1,7-bisphosphate. In the pathway's committed step, sedoheptulose bisphosphate is hydrolyzed to sedoheptulose-7-phosphate by the enzyme sedoheptulose-1,7-bisphosphatase (SHB17), whose activity we identified based on metabolomic analysis of the corresponding knockout strain. The crystal structure of Shb17 in complex with sedoheptulose-1,7-bisphosphate reveals that the substrate binds in the closed furan form in the active site. Sedoheptulose-7-phosphate is ultimately converted by known enzymes of the nonoxidative pentose phosphate pathway to ribose-5-phosphate. Flux through SHB17 increases when ribose demand is high relative to demand for NADPH, including during ribosome biogenesis in metabolically synchronized yeast cells.