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生命科学学院彭宣宪、李惠教授课题组和彭博教授课题组研究揭示丙酮酸循环为细菌提供能量


稿件来源:生命科学学院 | 作者:生命科学学院 | 编辑:金凤 | 发布日期:2018-02-08 | 阅读次数:


  1月31日,我校生命科学学院彭宣宪、李惠教授课题组和彭博教授课题组联合在国际知名期刊PANS在线发表了的合作论文“Pyruvate cycle increases aminoglycoside efficacy and provides respiratory energy in bacteria”。该研究以细菌为对象,首次揭示了丙酮酸循环(P循环)而不是三羧酸循环(TCA循环)是三大营养物质(糖类、脂类和氨基酸)的最终代谢途径,揭示了一条正常高效的产能代谢通路,回答了一个细菌生物化学和能量代谢的基本科学问题。


丙酮酸循环(P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。
        彭宣宪、李惠教授课题组和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(Peng et al., Cell Metabolism, 2015)。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。综上所述,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。
        该文所有作者均为中山大学师生,其中第一作者为生命科学学院博士生苏玉斌,并列第一作者为彭博教授、李惠教授和程志学特聘副研究员;共同通讯作者为彭宣宪教授和彭博教授。该工作由国家基金委项目和中山大学“百人计划”等项目资助。

        附: 论文链接:http://www.pnas.org/search/Peng+Xuan-xian content_type:journal

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