Construction of the Glycolysis Metabolic Pathway Inside an Artificial Cell for the Synthesis of Amino Acid and Its Reversible Deformation

化学 糖酵解 醛缩酶A 肌动蛋白 丙酮酸脱氢酶复合物 生物化学 代谢途径 细胞生物学 生物物理学 新陈代谢 生物
作者
Boyu Yang,Chao Li,Yongshuo Ren,Weichen Wang,Xiangxiang Zhang,Xiaojun Han
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (31): 21847-21858 被引量:15
标识
DOI:10.1021/jacs.4c06227
摘要

The bottom-up construction of artificial cells is beneficial for understanding cell working mechanisms. The glycolysis metabolism mimicry inside artificial cells is challenging. Herein, the glycolytic pathway (Entner-Doudoroff pathway in archaea) is reconstituted inside artificial cells. The glycolytic pathway comprising glucose dehydrogenase (GDH), gluconate dehydratase (GAD), and 2-keto-3-deoxygluconate aldolase (KDGA) converts glucose molecules to pyruvate molecules. Inside artificial cells, pyruvate molecules are further converted into alanine with the help of alanine dehydrogenase (AlaDH) to build a metabolic pathway for synthesizing amino acid. On the other hand, the pyruvate molecules from glycolysis stimulate the living mitochondria to produce ATP inside artificial cells, which further trigger actin monomers to polymerize to form actin filaments. With the addition of methylcellulose inside the artificial cell, the actin filaments form adjacent to the inner lipid bilayer, deforming the artificial cell from a spherical shape to a spindle shape. The spindle-shaped artificial cell reverses to a spherical shape by depolymerizing the actin filament upon laser irradiation. The glycolytic pathway and its further extension to produce amino acids (or ATP) inside artificial cells pave the path to build functional artificial cells with more complicated metabolic pathways.
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