La derivación de metilglioxal es una vía metabólica que ocurre en algunas bacterias y es una vía para la oxidación del fosfato de dihidroxiacetona a piruvato , que es diferente de las reacciones glucolíticas [1] .
Cuando la oxidación del gliceraldehído-3-fosfato en la etapa 6 de la glucólisis por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa está limitada por un nivel bajo de fosfato en el medio, en Escherichia coli y algunas otras bacterias, el fosfato de dihidroxiacetona se oxida a piruvato a través de tres reacciones que componen la derivación de metilglioxal. En la reacción 1, la metilglioxal sintasa escinde el fosfato del fosfato de dihidroxiacetona para formar metilglioxal . En la reacción 2 , el metilglioxal agrega agua y se convierte en lactato . En este caso, se forman 2 formas de lactato: D-lactato y L-lactato. La conversión de metilglioxal en L-lactato se lleva a cabo mediante las siguientes enzimas: la metilglioxal reductasa convierte el metilglioxal en lactaldehído y el lactaldehído se convierte en L-lactato mediante la aldehído deshidrogenasa . La conversión de metilglioxal en D-lactato se lleva a cabo mediante el complejo enzimático glioxalasa : la glioxilasa I convierte el metilglioxal en lactoilglutatión, que luego se convierte en D-lactato por la acción de la glioxilasa II. En la reacción 3 , el L-lactato y el D-lactato son oxidados por la flavina unida a la membrana que contiene la D-lactato oxidasa a piruvato. Este último suele estar involucrado en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos . Energéticamente, la vía del metilglioxal es menos favorable que las correspondientes reacciones de glucólisis [2] [1] .
La derivación de metilglioxal no produce ATP y no es una alternativa a la glucólisis. Se ha sugerido que la derivación de metilglioxal facilita la transferencia de estrés en las células causado por niveles elevados de fosfatos de azúcar en el medio. Sin embargo, el metilglioxal es un compuesto extremadamente tóxico e inhibe el crecimiento de E. coli incluso en concentraciones milimolares. Puede interactuar con los centros nucleofílicos de macromoléculas como el ADN , el ARN y las proteínas . En este sentido, se supone que el metilglioxal inhibe el crecimiento de bacterias, lo que afecta la síntesis de proteínas y, por lo tanto, impide la replicación del ADN [2] .
Debido a la toxicidad del metilglioxal, su formación está estrictamente controlada. Incluso un aumento de 900 veces en la expresión de metilglioxal sintasa en E. coli da como resultado la acumulación de solo pequeñas cantidades de metilglioxal. La metilglioxal sintasa es activada por el fosfato de dihidroxiacetona, y si el contenido de fosfato en el medio es alto, entonces la derivación del metilglioxal no funciona, ya que la metilglioxal sintasa es inhibida por el fosfato. La enzima triosa fosfato isomerasa asegura la isomerización del gliceraldehído-3-fosfato a dihidroxiacetona fosfato. La conversión adicional de gliceraldehído-3-fosfato en piruvato a través de la vía glucolítica se inicia mediante la enzima triosa fosfato deshidrogenasa . El bajo contenido de fosfato en el medio inhibe la triosa fosfato deshidrogenasa, por lo que el gliceraldehído-3-fosfato comienza a convertirse en dihidroxiacetona fosfato , y esta, a su vez, potencia la actividad de la metilglioxal sintasa y aumenta la formación de metilglioxal [2] [1] .
Se ha establecido que en la bacteria Klebsiella aerogenes , la formación de metilglioxal se activa cuando se agrega abruptamente glucosa a un cultivo de crecimiento lento . En E. coli , la activación del shunt del metilglioxal se produce no sólo cuando hay falta de fosfato en el medio, sino también cuando, por mutación o adición de cAMP , la regulación del consumo de glucosa-6-fosfato u otros sustratos de carbono por la célula, como xilosa , lactosa , arabinosa , glicerol o gluconato [2] .