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Jun 17, 2023

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 1290 (2022) Cite este artigo

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Bactérias e Eucarya utilizam a via da pentose fosfato não oxidativa para direcionar as porções ribose dos nucleosídeos para o metabolismo central do carbono. Muitas archaea não possuem essa via e, em vez disso, Thermococcales utilizam uma via de pentose bisfosfato envolvendo ribose-1,5-bifosfato (R15P) isomerase e ribulose-1,5-bifosfato (RuBP) carboxilase/oxigenase (Rubisco). Curiosamente, vários genomas de arqueias halofílicas parecem abrigar apenas a isomerase R15P e não abrigar Rubisco. Neste estudo, identificamos uma via de degradação de nucleosídeos anteriormente não reconhecida em archaea halofílica, composta por guanosina fosforilase, ribose-1-fosfato quinase dependente de ATP, R15P isomerase, RuBP fosfatase, ribulose-1-fosfato aldolase e glicolaldeído redutase. A via converte a porção ribose da guanosina em fosfato de diidroxiacetona e etilenoglicol. Embora a rota metabólica da guanosina para RuBP via R15P seja semelhante à da via pentose bisfosfato em Thermococcales, a rota a jusante não utiliza Rubisco e é exclusiva de archaea halofílica.

Está bem estabelecido que Archaea exibe enzimas metabólicas únicas e vias não encontradas em Bacteria e Eucarya1,2,3. Um exemplo representativo é o metabolismo das pentoses. Bactérias e eucariotos utilizam a via das pentoses fosfato4 para sintetizar ou degradar as porções pentoses dos ácidos nucléicos. A via da pentose fosfato oxidativa (via OPP) sintetiza os precursores de ácido nucleico ribulose 5-fosfato (Ru5P) e ribose 5-fosfato (R5P) a partir da glicose 6-fosfato, além de fornecer equivalentes redutores na forma de NADPH. A via das pentoses fosfato não oxidativas (via NOPP) realiza a interconversão entre pentoses (Ru5P e R5P) e frutose 6-fosfato e gliceraldeído 3-fosfato e pode, assim, converter as porções ribose de nucleosídeos em intermediários do metabolismo central do carbono (Fig. .1a). No entanto, muitas archaea não possuem as vias OPP e NOPP. Em vez disso, eles utilizam a via do monofosfato de ribulose (RuMP) para produzir as pentoses necessárias para a biossíntese de ácidos nucleicos5,6,7, convertendo frutose 6-fosfato em Ru5P e formaldeído. Como exceções, a maioria das archaea halofílicas possui a via OPP7,8,9,10, enquanto várias espécies de archaea, incluindo membros de Thermoplasmatota, Thaumarchaeota, Halorhabdus, Methanococcus e Methanocaldococcus, são previstas para abrigar genes homólogos que constituem a via NOPP. Deve-se notar, no entanto, que embora Methanocaldococcus jannaschii abrigue tanto a via NOPP quanto a via RuMP11, o R5P parece ser gerado pela via RuMP12.

Quanto à degradação de nucleosídeos, o archaeon hipertermofílico Thermococcus kodakarensis utiliza uma via de pentose bisfosfato13,14,15 (Fig. 1a e Fig. 1b suplementar). Os metabólitos da via diferem muito daqueles da via das pentoses fosfato e várias enzimas únicas estão envolvidas. Como em bactérias e eucariotos, os nucleosídeos são convertidos em ribose-1-fosfato (R1P) e nucleobases por três nucleosídeos fosforilases que reconhecem uridina, guanosina e adenosina (TK1479, TK1482 e TK1895, respectivamente). Enquanto R1P é convertido em R5P na via das pentoses fosfato, R1P é fosforilado por uma ribose-1-fosfato quinase dependente de ADP (ADP-R1PK; TK2029) em T. kodakarensis, gerando ribose-1,5-bifosfato (R15P). R15P isomerase (TK0185) então converte R15P em ribulose-1,5-bifosfato (RuBP), que é subsequentemente convertido em 3-fosfoglicerato (3-PGA) pela atividade carboxilase de ribulose-1,5-bifosfato carboxilase/oxigenase (Rubisco ; TK2290)16,17,18,19. T. kodakarensis também abriga um único nucleosídeo-5'-monofosfato fosforilase (NMP fosforilase, previamente designada AMP fosforilase; TK0352) que catalisa a fosforólise de AMP, CMP e UMP14,15. Isso permite a conversão direta de NMPs em R15P, bem como a conversão de nucleosídeos em NMPs via R1P e R15P (Fig. 1a e Fig. 1b complementar). R15P, portanto, atua como um nó que conecta o metabolismo de nucleosídeos e nucleotídeos com o metabolismo central do carbono13,20.