グリセルアルデヒド3-リン酸と3-ホスホグリセ酸をリンクするThermococcus kodakarensisの3つの代謝ルートの生化学的および遺伝的特性評価

解糖の古典的な埋め込みマイアーホフ（EM）経路では、グリセルアルデヒド3-リン酸（GAP）と3-ホスホグリセリ酸（3-PGA）の間の変換は、GAPデヒドロゲナーゼ（GAPDH）とリン性キナーゼ（PGK）をリン酸化することにより可逆的に触媒されます。Euryarchaeota thermococcus kodakarensisおよびfurococcus furiosusには、ギャップをコードする追加の遺伝子：フェレドキシン酸化還元酵素（GAPOR）と非リン酸化ギャップデヒドロゲナーゼ（GAPN）と同様の遺伝子が存在します。ギャップと3-PGAをリンクする3つのルートの生理学的役割を決定するために、T。kodakarensisのGapor、Gapn、GapDH、およびPGK遺伝子（それぞれGOR、GAPN、GAPDH、PGK）を個別に破壊しました。ΔGOR株は解糖条件下では成長を示しませんでした。その提案された機能を確認して、解糖におけるエネルギー生成のためのフェレドキシンの減少を生成しました。驚くべきことに、ΔGAPN細胞は解糖条件下でも成長しませんでした。これは、GAPNがこれらの条件下でNADPHを提供する上で重要な役割を果たすことを示唆しています。GORとGAPNの破壊は、糖新生の成長に影響を与えませんでした。ΔGAPDHおよびΔPGK株を使用した成長実験は、古典的なEM経路のカウンターパートとは異なり、GAPDH/PGKが糖新生のみで主要な役割を果たすことを示しています。生化学的分析は、T。kodakarensis GapnがD-gap以外のアルデヒド基質を認識していないことを示しました。これは、補因子として優先されるNADP（+）を補因子として劇的に活性化しました。

In the classical Embden-Meyerhof (EM) pathway for glycolysis, the conversion between glyceraldehyde 3-phosphate (GAP) and 3-phosphoglycerate (3-PGA) is reversibly catalysed by phosphorylating GAP dehydrogenase (GAPDH) and phosphoglycerate kinase (PGK). In the Euryarchaeota Thermococcus kodakarensis and Pyrococcus furiosus, an additional gene encoding GAP:ferredoxin oxidoreductase (GAPOR) and a gene similar to non-phosphorylating GAP dehydrogenase (GAPN) are present. In order to determine the physiological roles of the three routes that link GAP and 3-PGA, we individually disrupted the GAPOR, GAPN, GAPDH and PGK genes (gor, gapN, gapDH and pgk respectively) of T. kodakarensis. The Δgor strain displayed no growth under glycolytic conditions, confirming its proposed function to generate reduced ferredoxin for energy generation in glycolysis. Surprisingly, ΔgapN cells also did not grow under glycolytic conditions, suggesting that GAPN plays a key role in providing NADPH under these conditions. Disruption of gor and gapN had no effect on gluconeogenic growth. Growth experiments with the ΔgapDH and Δpgk strains indicated that, unlike their counterparts in the classical EM pathway, GAPDH/PGK play a major role only in gluconeogenesis. Biochemical analyses indicated that T. kodakarensis GAPN did not recognize aldehyde substrates other than d-GAP, preferred NADP(+) as cofactor and was dramatically activated with glucose 1-phosphate.