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7.2 : Voie des pentoses phosphates - Biologie


Le Pentose Phosphate Pathway (PPP) est celui qui déconcerte de nombreux étudiants. La raison en est peut-être qu'elle n'a pas vraiment une direction unique dans laquelle elle procède, comme on le verra plus loin.

Certaines parties du PPP sont similaires au cycle de Calvin des plantes, également connu sous le nom de réactions sombres de la photosynthèse. Les fonctions principales du PPP sont de produire du NADPH (pour une utilisation dans les réductions anaboliques), du ribose-5-phosphate (pour la fabrication de nucléotides) et de l'érythrose-4-phosphate (pour la fabrication d'acides aminés aromatiques). Trois intermédiaires moléculaires de la glycolyse peuvent s'écouler dans PPP (ou être utilisés comme d'habitude dans la glycolyse). Ils comprennent le G6P, le fructose-6-phosphate (à deux endroits) et le glycéraldéhyde-3-phosphate (également à deux endroits).

Un point de départ de la voie (bien qu'il existe d'autres points d'entrée) est la phase oxydative. Il comprend deux réactions générant du NADPH. Dans le premier d'entre eux, l'oxydation du glucose-6-phosphate (catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase) produit du NADPH et de la 6-phosphogluconolactone. La 6-phosphogluconolactone gagne spontanément de l'eau et perd un proton pour devenir du 6-phosphogluconate. L'oxydation de celui-ci produit du ribulose-5-phosphate et un autre NADPH et libère ( ext{CO}_2). Les étapes restantes de la voie sont connues sous le nom de phase non oxydante et impliquent l'interconversion des phosphates de sucre.

Par exemple, le ribulose-5-phosphate est converti en ribose-5-phosphate (R5P) par l'enzyme ribulose-5-phosphate isomérase. Alternativement, le ribulose-5-phosphate peut être converti en xylulose-5-phosphate (Xu5P). R5P et Xu5P (10 carbones au total) peuvent être combinés et réarrangés par la transcétolase pour produire des intermédiaires à 3 et 7 carbones (glycéraldéhyde-3-phosphate et sedoheptulose-7-phosphate, respectivement). Ces deux dernières molécules peuvent, à leur tour, être réarrangées par la transaldolase en sucres à 6 et 4 carbones (respectivement le fructose-6-phosphate et l'érythrose-4-phosphate). De plus, l'érythrose-4-phosphate peut échanger des parties avec Xu5P pour créer du glycéraldéhyde-3-phosphate et du fructose-6-phosphate.

Il est important de reconnaître que la voie PPP n'est pas une voie « descendante », avec tous les intermédiaires dérivés d'un G6P de départ. Toutes les réactions sont réversibles, de sorte que, par exemple, le fructose-6-phosphate et le glycéraldéhyde- Le 3-phosphate de la glycolyse peut inverser la dernière réaction du paragraphe précédent pour fournir un moyen de synthétiser le ribose-5-phosphate de manière non oxydante. La voie fournit également un mécanisme aux cellules pour métaboliser les sucres, tels que le Xu5P et le ribulose-5-phosphate Dans la ligne de fond de la voie, la direction que prend la voie et les intermédiaires qu'elle produit sont déterminés par les besoins de la cellule et les intermédiaires disponibles pour celle-ci.

Comme indiqué ci-dessus, la voie se connecte à trois endroits avec la glycolyse. Dans les cellules non végétales, la voie PPP se produit dans le cytoplasme (avec la glycolyse), de sorte qu'un « entremêlement » considérable d'intermédiaires peut se produire et se produit. L'érythrose-4-phosphate est un précurseur important des acides aminés aromatiques et du ribose-5-phosphate est un précurseur essentiel pour la fabrication de nucléotides.


La régulation du transporteur de cystine de la dépendance à la voie des pentoses phosphates et du stress disulfure expose une vulnérabilité métabolique ciblable dans le cancer

L'absorption de cystine médiée par SLC7A11 est essentielle pour maintenir l'équilibre redox et la survie cellulaire. Ici, nous montrons que cela a un coût important pour les cellules cancéreuses avec des niveaux élevés de SLC7A11. L'importation active de cystine est potentiellement toxique en raison de sa faible solubilité, forçant les cellules cancéreuses avec des niveaux élevés de SLC7A11 (SLC7A11 élevé) à réduire constitutivement la cystine en cystéine plus soluble. Cela représente un drain important sur le pool cellulaire de NADPH et rend ces cellules dépendantes de la voie des pentoses phosphates. La limitation de l'apport de glucose aux cellules cancéreuses élevées en SLC7A11 entraîne une accumulation marquée de cystine intracellulaire, un effondrement du système redox et une mort cellulaire rapide, qui peuvent être sauvées par des traitements qui empêchent l'accumulation de disulfure. Nous montrons en outre que les inhibiteurs des transporteurs de glucose tuent sélectivement les cellules cancéreuses élevées SLC7A11 et suppriment la croissance tumorale élevée SLC7A11. Nos résultats identifient un couplage entre le métabolisme de la cystine associé à SLC7A11 et la voie des pentoses phosphates, et révèlent une vulnérabilité métabolique associée pour le ciblage thérapeutique dans les cancers à SLC7A11 élevé.

Déclaration de conflit d'intérêts

Intérêts financiers concurrents

K.O. et M.V.P. sont des employés à temps plein de Kadmon Corporation, LLC. D'autres auteurs déclarent ne pas avoir d'intérêts financiers concurrents.

Les figures

Données étendues Fig. 1. L'effet de…

Données étendues Fig. 1. L'effet de la surexpression de SLC7A11 sur le glutamate, le cycle du TCA et la glycolyse…

Données étendues Fig. 2. Le knockdown du G6PD sensibilise…

Données étendues Fig. 2. Le knockdown de G6PD sensibilise les cellules cancéreuses à la limitation du glucose et à l'expression de SLC7A11…

Données étendues Fig. 3. Expression élevée de…

Données étendues Fig. 3. Une expression élevée de SLC7A11 favorise le stress disulfure, épuise le NADPH et provoque…

Données étendues Fig. 4. Privation de cystine ou…

Données étendues Fig. 4. La privation de cystine ou 2DG inverse les défauts d'oxydoréduction et prévient la mort cellulaire…

Données étendues Fig. 5. Prévenir le disulfure mais…

Données étendues Fig. 5. Prévenir l'accumulation de disulfure mais pas de ROS permet de sauver les défauts redox et les cellules…

Données étendues Fig. 6. Cellules cancéreuses avec…

Données étendues Fig. 6. Les cellules cancéreuses avec une expression élevée de SLC7A11 sont sensibles à l'inhibition de GLUT

Données étendues Fig. 7. Les tumeurs SLC7A11-high sont…

Données étendues Fig. 7. Les tumeurs SLC7A11-high sont sensibles à l'inhibiteur de GLUT

Données étendues Fig. 8. Le modèle de travail…

Données étendues Fig. 8. Le modèle de travail décrivant comment SLC7A11 régule la dépendance à la voie des pentoses phosphates…

Données étendues Fig. 9. Un exemple pour…

Données étendues Fig. 9. Un exemple pour la stratégie de gating de la cytométrie en flux

Fig. 1.. SLC7A11 favorise le flux PPP.

Fig. 1.. SLC7A11 favorise le flux PPP.

Fig. 2.. La diaphonie entre SLC7A11 et…

Fig. 2. La diaphonie entre SLC7A11 et le PPP dans la régulation de la mort cellulaire induite par la limitation du glucose et…

Fig. 3.. Absorption de cystine médiée par SLC7A11 et ultérieure…

Fig. 3.. L'absorption de cystine médiée par SLC7A11 et la réduction subséquente de la cystine en cystéine favorisent le stress disulfure, épuisent…

Fig. 4.. Prévenir le disulfure mais pas les ROS…

Fig. 4.. La prévention de l'accumulation de disulfure mais pas de ROS sauve les défauts redox et la mort cellulaire dans…

Fig. 5. L'expression aberrante de SLC7A11 sensibilise…

Fig. 5. L'expression aberrante de SLC7A11 sensibilise les cellules cancéreuses à l'inhibition de GLUT.


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Glycolyse

Le sentier Entner-Doudoroff

La voie Entner-Doudoroff (ED) est une autre voie glycolytique courante dans les genres bactériens aérobies tels que Pseudomonas ou Rhizobium. Dans E. coli, la voie ED semble jouer un rôle mineur dans la glycolyse, bien que cela puisse être, en partie, un artefact de la croissance en laboratoire en culture pure (voir ci-dessous). Comme la voie EMP, la voie ED commence par le transport et la phosphorylation concomitants du glucose par PtsG. Le G-6-P est alors immédiatement oxydé par une G-6-P déshydrogénase dépendante du NADP (zwf gène) à la 6-phosphogluconolactone. L'enzyme suivante, la 6-phosphogluconolactonase (pgl gène), puis ajoute de l'eau pour générer l'intermédiaire clé de la voie, le gluconate-6-P.

Une molécule d'eau est ensuite éliminée du 6-phosphogluconate par la déshydratase ED (edd gène) pour donner le phosphate de 2-céto-3-désoxycétogluconate (KDGP). KDGP est clivé par l'aldolase ED (eda gène) pour produire du GAP et du pyruvate, rejoignant ainsi les réactions de la ligne principale de la voie EMP.

La voie ED diffère de deux manières significatives de la voie EMP. Premièrement, il génère du NADPH (pas du NADH) à partir de l'oxydation du G-6-P. Ceci est utilisé dans de nombreuses réactions de biosynthèse. Deuxièmement, un seul triose phosphate est généré par l'aldolase ED. En conséquence, un seul ATP est généré par mole de glucose plutôt que les deux générés par la voie EMP. La voie ED fournit une voie glycolytique qui contourne les premières étapes de la voie EMP qui impliquent des dérivés du fructose. L'intermédiaire ED, le gluconate-6-P, sert également de point de départ pour une autre voie glycolytique qui contourne l'étape du G-6-P au fructose-6-phosphate. Ce shunt dit pentose phosphate implique un ensemble complexe de réarrangements médiés par la transcétolase et la transaldolase qui fournissent à la cellule une variété de phosphates de sucre nécessaires à la biosynthèse. Ceux-ci incluent les versions phosphorylées du fructose, du ribose, du xylose, de l'érythrose et du sedoheptulose. Bien que le shunt pentose phosphate puisse fonctionner comme une voie glycolytique qui produit du GAP pour la génération d'énergie, il semble être mieux conçu pour la biosynthèse, d'autant plus que ses oxydations génèrent du NADPH plutôt que du NADH.


BIOCHIMIE, BIOMÉDECINE & PHARMACEUTIQUE

1) Laquelle des étapes suivantes est courante dans la voie de la glycolyse et des pentoses phosphates ?
a) Conversion du glucose en glucose-6-P
b) Conversion du glucose-6-P en ribose-5-P
c) Conversion du glucose-6-P- en fructose-6-P
d) Conversion du glucose en glucose-1-P

2) La voie des pentoses phosphates est responsable de la génération de NADPH (réduction d'équivalents dans la cellule) dans la cellule. Laquelle des enzymes suivantes est impliquée dans la génération du NADPH ?
a) Glucose-6-P oxydase
b) Glucose-6-P déshydrogénase
c) Glucose-6-P réductase
d) Glucose-6-P synthétase

3) Laquelle des étapes suivantes est l'étape limitante de la voie des pentoses phosphates ?
a) Transcétolase
b) Glucose-6-P déshydrogénase
c) Transaldolase
d) Phosphogluconate déshydrogénase

4) L'insuline active la voie des pentoses phosphates. Laquelle des enzymes suivantes est activée par l'action de l'insuline ?
a) Transcétolase
b) Glucose-6-P déshydrogénase
c) Transaldolase
d) Phosphogluconate déshydrogénase

5) Laquelle des enzymes suivantes est utilisée pour le diagnostic d'un déficit en thiamine ?
a) Transcétolase
b) Glucose-6-P déshydrogénase
c) Transaldolase
d) Phosphogluconate déshydrogénase

6) La glucose -6-phosphate déshydrogénase est activée allostériquement par
a) NADPH
b) NADH
c) NAD +
d) PNDA +

7) La glucose-6-phosphate déshydrogénase est allostériquement inhibée par
a) Acétyl CoA
b) Citrate
c) Glycémie
d) Fructose

8) Chez certaines personnes, l'ingestion de fèves entraîne une anémie hémolytique. Laquelle des enzymes suivantes peut être déficiente chez ces personnes ?
a) Glucose-6-Phosphatase
b) Glucose-6-P-déshydrogénase
c) Glucose -6-Phosphate Isomérase
d) Glycogène phosphorylase

9) Quelle est la cause de l'anémie hémolytique dans le déficit en glucose-6-phosphate ?
a) Diminution de l'ATP dans les érythrocytes
b) Diminution des radicaux libres dans les érythrocytes
c) Augmentation de la concentration de sodium dans les érythrocytes
d) Augmentation des radicaux libres dans les érythrocytes

10) Le cycle du glutathion est la conversion du glutathion oxydé en glutathion réduit en présence de NADPH. Laquelle des enzymes suivantes catalyse cette réaction
a) Glutathion peroxydase
b) Glutathion déshydrogénase
c) Glutathion réductase
d) Glutathion synthétase


Contenu

Quatre isozymes de pyruvate kinase exprimées chez les vertébrés : L (foie), R (érythrocytes), M1 (muscle et cerveau) et M2 (tissu fœtal précoce et la plupart des tissus adultes). Les isozymes L et R sont exprimés par le gène PKLR, tandis que les isozymes M1 et M2 sont exprimés par le gène PKM2. Les isozymes R et L diffèrent de M1 et M2 en ce qu'elles sont régulées allostériquement. D'un point de vue cinétique, les isozymes R et L de la pyruvate kinase ont deux états de conformation distincts, l'un avec une affinité élevée pour le substrat et l'autre avec une faible affinité pour le substrat. L'état R, caractérisé par une affinité élevée pour le substrat, sert de forme activée de la pyruvate kinase et est stabilisé par le PEP et le fructose 1,6-bisphosphate (FBP), favorisant la voie glycolytique. L'état T, caractérisé par une faible affinité pour le substrat, sert de forme inactivée de la pyruvate kinase, liée et stabilisée par l'ATP et l'alanine, provoquant la phosphorylation de la pyruvate kinase et l'inhibition de la glycolyse. [3] L'isoenzyme M2 de la pyruvate kinase peut former des tétramères ou des dimères. Les tétramères ont une affinité élevée pour le PEP, tandis que les dimères ont une faible affinité pour le PEP. L'activité enzymatique peut être régulée en phosphorylant des tétramères hautement actifs de PKM2 en un dimère inactif. [4]

Le gène PKM se compose de 12 exons et 11 introns. PKM1 et PKM2 sont des produits d'épissage différents du gène M (PKM1 contient l'exon 9 tandis que PKM2 contient l'exon 10) et diffèrent uniquement par 23 acides aminés dans un tronçon de 56 acides aminés (aa 378-434) à leur extrémité carboxy. [5] [6] Le gène PKM est régulé par des protéines ribonucléotidiques hétérogènes comme hnRNPA1 et hnRNPA2. [7] Le monomère PKM2 humain a 531 acides aminés et est une chaîne unique divisée en domaines A, B et C. La différence de séquence d'acides aminés entre PKM1 et PKM2 permet à PKM2 d'être régulée allostériquement par FBP et de former des dimères et des tétramères tandis que PKM1 ne peut former que des tétramères. [8]

De nombreuses entérobactéries, dont E. coli, ont deux isoformes de pyruvate kinase, PykA et PykF, qui sont identiques à 37% dans E. coli (Uniprot : PykA, PykF). Ils catalysent la même réaction que chez les eucaryotes, à savoir la génération d'ATP à partir d'ADP et de PEP, dernière étape de la glycolyse, étape irréversible dans les conditions physiologiques. PykF est allostériquement régulé par FBP qui reflète la position centrale de PykF dans le métabolisme cellulaire. [9] Transcription PykF dans E. coli est régulé par le régulateur transcriptionnel mondial, Cra (FruR). [10] [11] [12] PfkB s'est avéré être inhibé par MgATP à de faibles concentrations de Fru-6P, et cette régulation est importante pour la gluconéogenèse. [13]

Glycolyse Modifier

Il y a deux étapes dans la réaction de pyruvate kinase dans la glycolyse. Premièrement, le PEP transfère un groupe phosphate à l'ADP, produisant de l'ATP et l'énolate de pyruvate. Deuxièmement, un proton doit être ajouté à l'énolate de pyruvate pour produire la forme fonctionnelle de pyruvate dont la cellule a besoin. [14] Étant donné que le substrat de la pyruvate kinase est un simple phospho-sucre et que le produit est un ATP, la pyruvate kinase est une enzyme de base possible pour l'évolution du cycle de la glycolyse et peut être l'une des enzymes les plus anciennes de toute la terre. -basé sur la vie. Le phosphoénolpyruvate peut avoir été présent de manière abiotique et il a été démontré qu'il est produit avec un rendement élevé dans une voie primitive de triose glycolyse. [15]

Dans les cellules de levure, l'interaction de la pyruvate kinase de levure (YPK) avec la PEP et son effecteur allostérique, le fructose 1,6-bisphosphate (FBP,) s'est avérée être renforcée par la présence de Mg 2+ . Par conséquent, il a été conclu que Mg 2+ était un cofacteur important dans la catalyse du PEP en pyruvate par la pyruvate kinase. De plus, l'ion métallique Mn 2+ s'est avéré avoir un effet similaire, mais plus fort sur YPK que Mg 2+. La liaison des ions métalliques aux sites de liaison des métaux sur la pyruvate kinase augmente la vitesse de cette réaction. [16]

La réaction catalysée par la pyruvate kinase est l'étape finale de la glycolyse. C'est l'une des trois étapes limitantes de cette voie. Les étapes limitantes sont les étapes les plus lentes et régulées d'une voie et déterminent ainsi la vitesse globale de la voie. Dans la glycolyse, les étapes limitant la vitesse sont couplées soit à l'hydrolyse de l'ATP, soit à la phosphorylation de l'ADP, ce qui rend la voie énergétiquement favorable et essentiellement irréversible dans les cellules. Cette dernière étape est hautement régulée et délibérément irréversible car le pyruvate est un élément intermédiaire crucial pour d'autres voies métaboliques. [17] Une fois que le pyruvate est produit, il entre dans le cycle du TCA pour une production ultérieure d'ATP dans des conditions aérobies, ou est converti en acide lactique ou en éthanol dans des conditions anaérobies.

La néoglucogenèse : la réaction inverse Modifier

La pyruvate kinase sert également d'enzyme régulatrice pour la gluconéogenèse, une voie biochimique dans laquelle le foie génère du glucose à partir du pyruvate et d'autres substrats. La néoglucogenèse utilise des sources non glucidiques pour fournir du glucose au cerveau et aux globules rouges en période de famine lorsque les réserves directes de glucose sont épuisées. [17] Pendant l'état de jeûne, la pyruvate kinase est inhibée, empêchant ainsi la « fuite » de phosphoénolpyruvate d'être convertie en pyruvate [17] à la place, le phosphoénolpyruvate est converti en glucose via une cascade de réactions de néoglucogenèse. Bien qu'elle utilise des enzymes similaires, la néoglucogenèse n'est pas l'inverse de la glycolyse. C'est plutôt une voie qui contourne les étapes irréversibles de la glycolyse. De plus, la gluconéogenèse et la glycolyse ne se produisent pas simultanément dans la cellule à un moment donné car elles sont régulées réciproquement par la signalisation cellulaire. [17] Une fois la voie de la néoglucogenèse terminée, le glucose produit est expulsé du foie, fournissant de l'énergie aux tissus vitaux à jeun.

La glycolyse est hautement régulée à trois de ses étapes catalytiques : la phosphorylation du glucose par l'hexokinase, la phosphorylation du fructose-6-phosphate par la phosphofructokinase et le transfert du phosphate de PEP à ADP par la pyruvate kinase. Dans des conditions de type sauvage, ces trois réactions sont irréversibles, ont une grande énergie libre négative et sont responsables de la régulation de cette voie. [17] L'activité de la pyruvate kinase est plus largement régulée par les effecteurs allostériques, les modificateurs covalents et le contrôle hormonal. Cependant, le régulateur de pyruvate kinase le plus important est le fructose-1,6-bisphosphate (FBP), qui sert d'effecteur allostérique pour l'enzyme.

Effecteurs allostériques Modifier

La régulation allostérique est la liaison d'un effecteur à un site sur la protéine autre que le site actif, provoquant un changement de conformation et altérant l'activité de cette protéine ou enzyme donnée. La pyruvate kinase s'est avérée être allostériquement activée par la FBP et allostériquement inactivée par l'ATP et l'alanine. [18] La tétramérisation de la pyruvate kinase est favorisée par la FBP et la sérine tandis que la dissociation des tétramères est favorisée par la L-cystéine. [19] [20] [21]

Fructose-1,6-bisphosphate Modifier

La FBP est la source de régulation la plus importante car elle provient de la voie de la glycolyse. Le FBP est un intermédiaire glycolytique produit à partir de la phosphorylation du fructose 6-phosphate. La FBP se lie au site de liaison allostérique sur le domaine C de la pyruvate kinase et modifie la conformation de l'enzyme, provoquant l'activation de l'activité de la pyruvate kinase. [22] En tant qu'intermédiaire présent dans la voie glycolytique, la FBP fournit une stimulation directe car plus la concentration de FBP est élevée, plus l'activation allostérique et l'ampleur de l'activité de la pyruvate kinase sont grandes. La pyruvate kinase est la plus sensible aux effets de la FBP. En conséquence, le reste des mécanismes de régulation sert de modification secondaire. [9] [23]

Modificateurs covalents Modifier

Les modificateurs covalents servent de régulateurs indirects en contrôlant la phosphorylation, la déphosphorylation, l'acétylation, la succinylation et l'oxydation des enzymes, entraînant l'activation et l'inhibition de l'activité enzymatique. [24] Dans le foie, le glucagon et l'épinéphrine activent la protéine kinase A, qui sert de modificateur covalent en phosphorylant et en désactivant la pyruvate kinase. En revanche, la sécrétion d'insuline en réponse à l'élévation de la glycémie active la phosphoprotéine phosphatase I, provoquant la déphosphorylation et l'activation de la pyruvate kinase pour augmenter la glycolyse. La même modification covalente a l'effet inverse sur les enzymes de la néoglucogenèse. Ce système de régulation est responsable d'éviter un cycle futile en empêchant l'activation simultanée de la pyruvate kinase et des enzymes qui catalysent la gluconéogenèse. [25]

Protéine de liaison aux éléments de réponse aux glucides (ChREBP) Modifier

ChREBP s'avère être une protéine essentielle dans la transcription génique de l'isoenzyme L de la pyruvate kinase. Les domaines de ChREBP sont des sites cibles pour la régulation de la pyruvate kinase par le glucose et l'AMPc. Plus précisément, la ChREBP est activée par une concentration élevée de glucose et inhibée par l'AMPc. Le glucose et l'AMPc fonctionnent en opposition l'un avec l'autre par la régulation covalente des modificateurs. Alors que l'AMPc se lie aux sites de liaison Ser196 et Thr666 de ChREBP, provoquant la phosphorylation et l'inactivation de la pyruvate kinase, le glucose se lie aux sites de liaison Ser196 et Thr666 de ChREBP, provoquant la déphosphorylation et l'activation de la pyruvate kinase. En conséquence, il a été démontré que l'AMPc et les glucides en excès jouent un rôle indirect dans la régulation de la pyruvate kinase. [26]

Contrôle hormonal Modifier

Afin d'éviter un cycle futile, la glycolyse et la gluconéogenèse sont fortement régulées afin de s'assurer qu'elles ne fonctionnent jamais dans la cellule en même temps. En conséquence, l'inhibition de la pyruvate kinase par le glucagon, l'AMP cyclique et l'épinéphrine, non seulement arrête la glycolyse, mais stimule également la gluconéogenèse. Alternativement, l'insuline interfère avec l'effet du glucagon, de l'AMP cyclique et de l'épinéphrine, provoquant le fonctionnement normal de la pyruvate kinase et l'arrêt de la gluconéogenèse. De plus, le glucose s'est avéré inhiber et perturber la gluconéogenèse, laissant l'activité de la pyruvate kinase et la glycolyse inchangées. Globalement, l'interaction entre les hormones joue un rôle clé dans le fonctionnement et la régulation de la glycolyse et de la néoglucogenèse dans la cellule. [27]

Effet inhibiteur de la metformine Modifier

La metformine, ou diméthylbiguanide, est le principal traitement utilisé pour le diabète de type 2. Il a été démontré que la metformine affecte indirectement la pyruvate kinase en inhibant la néoglucogenèse. Plus précisément, l'ajout de metformine est lié à une diminution marquée du flux de glucose et à une augmentation du flux de lactate/pyruvate provenant de diverses voies métaboliques. Bien que la metformine n'affecte pas directement l'activité de la pyruvate kinase, elle provoque une diminution de la concentration d'ATP. En raison des effets inhibiteurs allostériques de l'ATP sur la pyruvate kinase, une diminution de l'ATP entraîne une diminution de l'inhibition et la stimulation subséquente de la pyruvate kinase. Par conséquent, l'augmentation de l'activité de la pyruvate kinase dirige le flux métabolique par la glycolyse plutôt que par la gluconéogenèse. [28]

Régulation des gènes Modifier

Les protéines ribonucléotidiques hétérogènes (hnRNP) peuvent agir sur le gène PKM pour réguler l'expression des isoformes M1 et M2. Les isoformes PKM1 et PKM2 sont des variantes d'épissage du gène PKM qui diffèrent par un seul exon. Divers types de hnRNP tels que hnRNPA1 et hnRNPA2 pénètrent dans le noyau pendant des conditions d'hypoxie et modulent l'expression de telle sorte que PKM2 soit régulé à la hausse. [29] Des hormones telles que l'insuline régulent à la hausse l'expression de PKM2 tandis que des hormones comme la tri-iodothyronine (T3) et le glucagon aident à réguler à la baisse PKM2. [30]

Carence Modifier

Les défauts génétiques de cette enzyme provoquent la maladie connue sous le nom de déficit en pyruvate kinase. Dans cette condition, un manque de pyruvate kinase ralentit le processus de glycolyse. Cet effet est particulièrement dévastateur dans les cellules dépourvues de mitochondries, car ces cellules doivent utiliser la glycolyse anaérobie comme seule source d'énergie car le cycle du TCA n'est pas disponible. Par exemple, les globules rouges, qui dans un état de déficit en pyruvate kinase, deviennent rapidement déficients en ATP et peuvent subir une hémolyse. Par conséquent, le déficit en pyruvate kinase peut provoquer une anémie hémolytique chronique non sphérocytaire (CNSHA). [31]

Mutation du gène PK-LR Modifier

Le déficit en pyruvate kinase est causé par un caractère autosomique récessif. Les mammifères ont deux gènes de pyruvate kinase, PK-LR (qui code pour les isozymes de pyruvate kinase L et R) et PK-M (qui code pour l'isozyme de pyruvate kinase M1), mais seul PKLR code pour l'isoenzyme du sang rouge qui affecte le déficit en pyruvate kinase. Plus de 250 mutations du gène PK-LR ont été identifiées et associées à un déficit en pyruvate kinase. Les tests ADN ont guidé la découverte de l'emplacement de PKLR sur le chromosome 1 et le développement de tests de séquençage génique direct pour diagnostiquer moléculairement le déficit en pyruvate kinase. [32]

Applications de l'inhibition de la pyruvate kinase Modifier

Inhibition des espèces réactives à l'oxygène (ROS) Modifier

Les espèces réactives de l'oxygène (ROS) sont des formes chimiquement réactives de l'oxygène. Dans les cellules pulmonaires humaines, il a été démontré que les ROS inhibent l'isoenzyme M2 de la pyruvate kinase (PKM2). ROS réalise cette inhibition en oxydant Cys358 et en inactivant PKM2. À la suite de l'inactivation de PKM2, le flux de glucose n'est plus converti en pyruvate, mais est plutôt utilisé dans la voie des pentoses phosphates, entraînant la réduction et la détoxification des ROS. De cette manière, les effets nocifs des ROS sont accrus et provoquent un stress oxydatif plus important sur les cellules pulmonaires, conduisant à la formation potentielle de tumeurs. Ce mécanisme inhibiteur est important car il peut suggérer que les mécanismes régulateurs de PKM2 sont responsables de l'aide à la résistance des cellules cancéreuses au stress oxydatif et à l'augmentation de la tumorigenèse. [33] [34]

Inhibition de la phénylalanine Modifier

La phénylalanine s'avère fonctionner comme un inhibiteur compétitif de la pyruvate kinase dans le cerveau. Bien que le degré d'activité inhibitrice de la phénylalanine soit similaire dans les cellules fœtales et adultes, les enzymes des cellules cérébrales fœtales sont significativement plus vulnérables à l'inhibition que celles des cellules cérébrales adultes. Une étude de PKM2 chez des bébés atteints de la maladie génétique du cerveau phénylcétonurique (PCU), a montré des niveaux élevés de phénylalanine et une diminution de l'efficacité de PKM2. Ce mécanisme inhibiteur permet de mieux comprendre le rôle de la pyruvate kinase dans les lésions des cellules cérébrales. [35] [36]

Pyruvate Kinase dans le cancer Modifier

Les cellules cancéreuses ont une machinerie métabolique accélérée de manière caractéristique et on pense que la pyruvate kinase a un rôle dans le cancer. Par rapport aux cellules saines, les cellules cancéreuses ont des niveaux élevés d'isoforme PKM2, en particulier le dimère à faible activité. Par conséquent, les taux sériques de PKM2 sont utilisés comme marqueurs du cancer. Le dimère à faible activité permet l'accumulation de phosphoénol pyruvate (PEP), laissant de grandes concentrations d'intermédiaires glycolytiques pour la synthèse de biomolécules qui seront éventuellement utilisées par les cellules cancéreuses. [8] La phosphorylation de PKM2 par la protéine kinase 1 activée par un mitogène (ERK2) provoque des changements de conformation qui permettent à PKM2 d'entrer dans le noyau et de réguler l'expression des gènes glycolytiques nécessaires au développement tumoral. [37] Certaines études indiquent qu'il y a un changement d'expression de PKM1 à PKM2 au cours de la cancérogenèse. Les microenvironnements tumoraux comme l'hypoxie activent des facteurs de transcription comme le facteur inductible par l'hypoxie pour promouvoir la transcription de PKM2, qui forme une boucle de rétroaction positive pour améliorer sa propre transcription. [8]

Une enzyme réversible avec une fonction similaire, la pyruvate phosphate dikinase (PPDK), se trouve dans certaines bactéries et a été transférée à un certain nombre de groupes eucaryotes anaérobies (par exemple, Streblomastix, Giardia, Entamoeba, et Trichomonas), il semble via le transfert horizontal de gènes à deux reprises ou plus. Dans certains cas, le même organisme aura à la fois la pyruvate kinase et la PPDK. [38]


Expression des protéines liées à la voie pentose phosphate dans le cancer du sein

But. Le but de cette étude était d'évaluer l'expression des protéines liées à la voie des pentoses phosphates (PPP-) et leur importance dans les facteurs clinicopathologiques du cancer du sein. Méthodes. La coloration immunohistochimique des protéines liées aux PPP (glucose-6-phosphate déshydrogénase [G6PDH], 6-phosphogluconolactonase [6PGL], 6-phosphogluconate déshydrogénase [6PGDH] et facteur nucléaire 2 lié au facteur érythroïde 2 [NRF2]) a été réalisée en utilisant microarray tissulaire (TMA) de 348 cancers du sein. Les niveaux d'ARNm de ces marqueurs dans les données accessibles au public du projet Cancer Genome Atlas et des traceurs Kaplan-Meier ont été analysés. Résultats. L'expression de G6PDH et 6PGL était plus élevée dans le type HER-2 (

, resp.) et inférieur en type A luminal. L'expression de la 6PGDH n'a été détectée que dans le sous-type TNBC ( ). La positivité de la G6PDH était associée à une négativité ER ( ), une négativité PR ( ) et une positivité HER-2 ( ), tandis que la positivité 6PGL était associée à un stade T plus élevé (

). Le profil d'expression 562 de la base de données TCGA a révélé une expression accrue de G6PDH et 6PG dans la tumeur par rapport au tissu mammaire adjacent normal. L'expression de la G6PDH était la plus élevée dans le type HER-2. Les sous-types HER-2 et de type basal ont montré une expression plus élevée de 6PGDH que les types luminaux. Conclusion. Les protéines liées à PPP sont exprimées différemment dans le cancer du sein selon le sous-type moléculaire, et une expression plus élevée de G6PDH et 6PGL a été notée dans le sous-type HER-2.

1. Introduction

La voie des pentoses phosphates (PPP) est une voie catabolique majeure du glucose parallèle à la glycolyse qui est responsable de la synthèse du précurseur nucléotidique ribose et du nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADPH) nécessaires au métabolisme du glucose. Le PPP se compose d'une branche oxydante et d'une branche non oxydante. La glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH), la 6-phosphogluconolactonase (6PGL) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH) sont des protéines majeures impliquées dans la synthèse du NADPH et du ribonucléotide par la branche oxydative. Le PPP fournit le pentose phosphate nécessaire à la synthèse des acides nucléiques dans les cellules à croissance rapide. Dans les cancers, le PPP fournit non seulement du pentose phosphate mais également du NADPH, qui est important pour la synthèse des lipides et la survie des cellules dans des circonstances stressantes. Ainsi, l'importance du PPP est mise en évidence dans les cellules cancéreuses à croissance rapide, et des études antérieures ont rapporté que l'expression des enzymes liées au PPP est augmentée dans les tissus cancéreux humains [1–3].

Le cancer du sein étant une maladie hétérogène en termes d'aspects cliniques, histologiques et génétiques moléculaires, de nombreux efforts ont été consacrés à la classification de la maladie en sous-groupes présentant des caractéristiques similaires. Les sous-types génétiques moléculaires de type luminal A, luminal B, HER-2 et de type mammaire et basal normal ont été identifiés par analyse de profil génétique [4-6]. Séparément, les cancers du sein avec une expression négative combinée du récepteur des œstrogènes (ER), du récepteur de la progestérone (PR) et du récepteur du facteur de croissance épidermique humain 2 (HER-2), qui a des implications thérapeutiques, sont classés comme cancer du sein triple négatif (TNBC ) [7]. Cette hétérogénéité intrinsèque dans la génétique moléculaire du cancer du sein donne lieu à une hétérogénéité dans l'histologie, les caractéristiques cliniques, la réponse au traitement et le pronostic ainsi que les caractéristiques métaboliques. Des études antérieures ont rapporté une expression accrue des protéines liées à la glycolyse GLUT-1 et CAIX dans le type basal-like et TNBC [8, 9] et une expression accrue des protéines liées à la glutaminolyse dans le type HER-2 [10], suggérant une relation entre le métabolisme et les sous-types moléculaires du cancer du sein. Cependant, il existe un nombre limité d'études sur l'expression des protéines liées à la voie des pentoses phosphates dans le cancer du sein. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'expression des protéines liées à la voie des pentoses phosphates selon le sous-type moléculaire du cancer du sein et leurs implications biologiques et cliniques.

2. Matériels et méthodes

2.1. Sélection des patients et évaluation histologique

Breast cancer tissues were obtained form 348 patients, who were diagnosed as invasive ductal carcinoma not otherwise specified and had undergone mastectomy at Severance Hospital (Seoul, Republic of Korea) during the period of January 2001 to December 2006. This study group is selected form previously published study population [11]. Exclusion criteria were preoperative chemotherapy or hormonal therapy.

This study was approved by the Institutional Review Board of Yonsei University Severance Hospital. The IRB waived the need for informed consent from patients. Breast pathologist (Ja Seung, Koo) reviewed the histologic features by using hematoxylin & eosin- (H&E-) stained slides for all cases. Histologic grade was assessed using the Nottingham grading system [12]. Clinicopathologic parameters including patient age at initial diagnosis, lymph node metastasis, tumor recurrence, distant metastasis, were retrieved from electronic medical records of each case.

2.2. Tissue Microarray

A TMA construct of 3 mm diameter cores was generated from the 10% neutrally buffered formalin-fixed, paraffin-embedded tissue blocks of radical prostatectomy specimens using a tissue microarrayer. Two representative cores from different cancer areas were included for each case. Each tissue core was assigned a unique tissue microarray location number that was linked to a database containing deidentified clinicopathologic data.

2.3. Immunohistochimie

Antibodies used for immunohistochemistry are summarized in Table 1. Briefly, representative paraffin blocks were cut consecutively at 4 ??m thickness, and sections were deparaffinized in xylene and treated with 0.3% hydrogen peroxide in methanol for 20 minutes to block any endogenous peroxidase activity. Citrate buffer was used for antigen retrieval. Nonspecific binding was limited by using protein blocking buffer for 10 minutes. The sections were washed in phosphate-buffered saline and then incubated with the primary antibody for 20 minutes at room temperature. The samples were then incubated in secondary antibody (biotinylated) for 10 minutes, followed by incubation with streptavidin-horseradish peroxidase for 10 minutes, and exposed to diaminobenzidine, which was used as a chromogen. All labeled streptavidin-biotin-horseradish peroxidase system chemicals were obtained from Dako Cytomation Corp. (Carpinteria, CA, USA). Counterstaining was performed with Mayer’s hematoxylin. Negative controls were treated similarly with the exception of incubation with the primary antibody (nonspecific staining control).

2.4. Interpretation of Immunohistochemical Staining

All immunohistochemical markers were evaluated twice by two independent investigators blinded to the clinical details. Cutoff value of 1% or more positively stained nuclei was employed to define ER and PR positivity [13]. HER-2 status was analyzed according to the American Society of Clinical Oncology (ASCO)/College of American Pathologists (CAP) guidelines using the following categories: 0 = no immunostaining 1+ = weak incomplete membranous staining, less than 10% of tumor cells 2+ = complete membranous staining, either uniform or weak in at least 10% of tumor cells and 3+ = uniform intense membranous staining in at least 30% of tumor cells [14]. HER-2 immunostaining was considered positive when strong (3+) membranous staining was observed, whereas cases with 0 to 1+ staining were counted as negative. Cases showing 2+ HER-2 expression were further evaluated for HER-2 amplification by fluorescent in situ hybridization (FISH).

Immunohistochemical markers for G6PDH, 6PGL, 6PGDH, and NRF2 were assessed by a semiquantitative evaluation method as follows [15]: 0: negative or weak immunostaining in <1% of the tumor 1: focal expression in 1–10% of the tumor 2: positive in 11%–50% of the tumor and 3: positive in 51%–100% of the tumor. The evaluation was made for the whole area of the tumor, and cases with a score greater than 2 were classified as positive.

2.5. Tumor Phenotype Classification

We classified each case breast cancer into molecular phenotype by surrogate immunohistochemistry results for ER, PR, HER-2, Ki-67 labeling index (LI), and FISH results for HER-2 as follows [16]: luminal A type, ER or/and PR positive, HER-2 negative, and Ki-67 LI < 14% luminal B type (HER-2 negative), ER or/and PR positive, HER-2 negative, and Ki-67 LI ≥ 14% luminal B type (HER-2 positive), ER or/and PR positive and HER-2 overexpressed or/and amplified HER-2 overexpression type, ER and PR negative and HER-2 overexpressed or/and amplified and TNBC type: ER, PR, and HER-2 negative.

2.6. Validation of Expression of PPP-Related Markers in a Public Database

We obtained clinical information and level 3 normalized gene expression (RSEM) values from RNA sequencing data of breast cancer (BRCA) from the Broad Genome Data Analysis Center (GDAC) Firehose server (version 01-28-2016) and filtered out genes with an expression equal to zero in more than 50% of samples. PAM50 classification information and patient survival information were also retrieved from the GDAC. We normalized the value again with the voom function of the limma package using R software (R version 3.3.1.). Another set of survival analyses was performed using the Kaplan-Meier plotter [17].

2.7. Analyses statistiques

Statistical analyses were performed with SPSS for Windows, Version 23.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Student’s t-test, and Fisher’s exact tests were employed for continuous and categorical variablefor statistical significance. In case of multiple comparisons, an adjusted value with application of the Bonferroni multiple comparison procedure was used. value < 0.05 was considered to be statistically significant. Kaplan-Meier survival curves and log-rank statistics were employed to evaluate time to tumor recurrence and overall survival. Multivariate regression analysis was performed using the Cox proportional hazard model.

3. Résultats

3.1. Basal Characteristics of Breast Cancer

The 348 subjects of this study comprised 162 luminal A (46.6%), 84 luminal B (24.1), 27 HER-2 type (7.6%), and 75 TNBC (21.6%) subtypes. TNBC showed higher histologic grade ( ) and higher Ki-67 LI ( ) (Table 2).

3.2. Expression of Pentose Phosphate Pathway-Related Proteins in Breast Cancer

The expression of pentose phosphate pathway-related proteins was assessed according to the molecular subtypes of breast cancer (Figure 1). Expression of G6PDH ( ), 6PGL ( ), and 6PGDH ( ) was identified G6PDH and 6PGL showed higher expression in the HER-2 type and lower expression in luminal A type. Expression of 6PGDH was detected only in the TNBC subtype (Table 3).

3.3. Correlation between Expression of Pentose Phosphate Pathway-Related Proteins and Clinicopathologic Factors

The expression of pentose phosphate pathway-related proteins and clinicopathologic parameters was assessed (Figure 2). G6PDG positivity was associated with ER negativity ( ), PR negativity ( ), and HER-2 positivity ( ), and 6PGL positivity was associated with higher T stage ( ).

3.4. The Impact of Expression of Pentose Phosphate Pathway-Related Proteins on Patient Prognosis

Univariate analysis of patient survival did not show statistically significant differences with regard to expression of pentose phosphate pathway-related proteins (Table 4).

3.5. Validation of Expression of PPP-Related Markers in a Public Database

A total of 526 cases were retrieved from the TCGA study. After normalization, the mRNA level of each marker was assessed. G6PDH expression was generally increased in the tumor compared with normal adjacent breast tissue, and expression was highest in the HER-2 type compared with other types. 6PGL expression was generally increased in tumors compared with adjacent normal cells however, differential expression among tumor subtypes was not identified. Higher 6PGDH expression compared to normal tissue was noted in HER-2 and basal-like groups. The HER-2 type and basal-like subtype showed higher expression of 6PGDH than luminal types of tumor. Finally, the expression level of NRF2 was decreased in all tumor subtypes compared with normal tissue. Univariate analysis of patient survival with regard to expression of G6PDG, 6PGL, 6PGDH, and NRF2 did not show statistical significance although there was a tendency toward longer overall survival with lower expression of 6PGL and NRF2 in luminal B subtype (

, Figure 3(b)). In the cohort of the Kaplan-Meier plotter, high expression of G6PD was generally related to longer overall survival and recurrence-free survival (Figure 3(c)).

4. Discussion

Malignant tumors generally show a rapid growth rate and invasive traits, which require metabolic remodeling of cancer cells and stromal cells. As such, the pentose phosphate pathway is an indispensable metabolic pathway in malignant tumors because of the demand for a high rate of nucleic acid synthesis during growth and the NADPH necessary for cell survival during oncogenic cellular stress. In addition, reactive oxygen species resulting from the rapidly increased metabolism may trigger mutation of protooncogenes and promote protumorigenic signaling, all of which aggravate oxidative stress in cancer cells. Thus, a mechanism for activating the oxidative PPP is expected to be present in cancer cells for maintenance of a high enough level of NADPH. It is possible that an AMPK-dependent mechanism also exists given that oxidative PPP is dependent on glucose availability.

We assessed the expression of PPP-related proteins in TMAs of human breast cancer tissues and a TCGA data set and both analyses revealed higher expression in HER-2 type cancers and lower expression in luminal type cancers. A previous study revealed activation of the PPP in breast carcinoma cells compared with normal breast tissue [18, 19] this was confirmed in an analysis of the TCGA data set, which showed increased expression of PPP-related markers in breast cancer tissue compared with normal control.

There are few studies on activation of the PPP in breast cancer. Previous studies on human breast cancer tissue revealed differential expression of proteins related to glycolysis, glutamine metabolism, lipid metabolism, and serine/glycerine metabolism according to molecular subtype [9, 10, 20–22], suggesting unique metabolic properties of each subtype. Generally, subtypes with a high proliferation rate and aggressive biological behaviors, such as HER-2 or TNBC types, show increased expression of metabolic factors [9, 10, 20–22], and comparable results were obtained in this study. A potential mechanism for higher expression of PPP markers in the HER-2 type is the relationship of HER-2 with NRF2. A previous study reported association between NRF2 and HER-2 in the ErbB2/HER-2-positive breast cancer cell line BT-474 [23], with knockdown of NRF2 leading to repression of HER-2 expression. As NRF2 is the key molecule that coordinates the PPP and is known to have a regulatory role in cancer [24], crosstalk between HER-2 and the PPP mediated by NRF2 may exist. A second mechanism involves the fatty acid synthesis pathway in HER-2 type cancer. TP53-mutated breast cancer shows upregulation of PGD, TK, and ribose 5-phosphate isomerase A [25]. Previous studies reported that a high level of transketolase 1 was correlated with HER-2/neu overexpression [26] and that HER-2 overexpression increases the translation of fatty acid synthase and vice versa [27, 28]. Given that NADPH plays a major role in fatty acid synthesis by fatty acid synthase, HER-2 overexpressing tumor cells may use the PPP as a source of NADPH. It is noticeable that resistance to anti-HER-2 therapy can be overcome by blockade of the fatty acid synthesis pathway. Thus, understanding metabolic reprogramming in terms of the PPP seems clinically relevant.

G6PDH is the rate-limiting enzyme in the PPP and is also highlighted in this study of breast cancer. G6PDH reflects oxidative PPP and the equilibrium between glycolysis and the PPP. p53 is a well-known regulator of the PPP through inhibition of the dimerization and activation of G6PDH [29]. This study revealed a difference in the expression of G6PDH among subtypes of breast cancer, and analysis of the TCGA data showed relatively increased G6PDH levels in all subtypes of breast tumor compared with normal breast tissue. Given that expression and activation of G6PDH in cells are tightly regulated, the increased expression of G6PDH in breast cancers may reflect general activation of the PPP. Interestingly, increased expression of G6PDH was most prominent in HER-2 type breast cancers, indicating transcriptionally regulated expression of G6PDH in this specific type of breast cancer.

The role of NRF2 in tumorigenesis is a subject of debate as activation of NRF2 shows both a tumor suppressor role and oncogenic roles [30]. The NRF2 level was downregulated in all types of breast cancers in the TCGA dataset, suggesting a possible role of NRF2 as a tumor suppressor in breast cancer. However, it is also possible that the result of RNA sequencing may not reflect actual activity of NRF2 in cells due to posttranslational regulation by ubiquitination and degradation.

The clinical implication of this study is the identification of the PPP protein as a potential therapeutic target. Previous studies reported that inhibition of PPP proteins resulted in growth inhibition and cell death in leukemia [31], ovary cancer [32], urinary bladder cancer [33], and breast cancer/prostate cancer [34], suggesting that modulation of this pathway may have therapeutic potential in the treatment of cancer.

In conclusion, PPP-related proteins are differentially expressed according to the molecular subtype of breast cancer in particular, G6PDH and 6PGL are highly expressed in HER-2 type breast cancer. Thus, understanding of the role of this pathway in breast cancers and further studies on the effects of targeting this pathway are needed to clarify the clinical implications of PPP in breast cancers.

Les conflits d'intérêts

The authors declare that they have no conflicts of interest.

Acknowledgments

This study was supported by a grant from the National R&D Program for Cancer Control, Ministry for Health and Welfare, Republic of Korea (1420080). This research was supported by the Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science ICT and Future Planning (2015R1A1A1A05001209).

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Droits d'auteur

Copyright © 2018 Junjeong Choi et al. Il s'agit d'un article en libre accès distribué sous la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation, une distribution et une reproduction sans restriction sur n'importe quel support, à condition que l'œuvre originale soit correctement citée.


Calvin-Benson Cycle

The Calvin-Benson cycle has three stages. In stage 1, the enzyme RuBisCO incorporates carbon dioxide into an organic molecule, 3-PGA. In stage 2, the organic molecule is reduced using electrons supplied by NADPH. In stage 3, RuBP, the molecule that starts the cycle, is regenerated so that the cycle can continue. Only one carbon dioxide molecule is incorporated at a time, so the cycle must be completed three times to produce a single three-carbon GA3P molecule, and six times to produce a six-carbon glucose molecule.


No. Your supposition is incorrect — the phosphate in glyceraldehyde 3-phosphate has to come from somewhere, and it comes from glucose 6-phosphate. The reason a second ATP is required before you get to the triose phosphate stage in glycolysis is that you are generating deux molecules of triose phosphate. In the pentose phosphate pathway (energy-producing non-oxidative branch) you are ne pas generating two molecules of triose-P from one hexose-P, you are generating two hexose-P and one trisose-P from three hexose-P, as shown in my Diagrams 2 and 3 below. (The other three carbon atoms are lost as CO2.)

A good way of approaching this question is to ask “What can be produced by the pentose phosphate pathway that cannot be produced by glycolysis?”.

Glycolyse may be summarized in this context as:

Glucose + NAD + ➝ Pyruvate + NADH + 2ATP

But to allow glycolysis to continue the NADH is reoxidized to NAD + :

So the sole product of glycolysis for the erythrocyte is ATP (primarily for active cation transport to maintain cell shape) lactate passes into the blood for recycling.

The Pentose Phosphate Pathway (the oxidative stage) is shown in Diagram 1, above, and may be summarized in the way done for glycolysis as:

Glucose + ATP + 2NADP + ➝ Ribulose 5-P + CO2 + 2NADPH

Ribulose 5-P has two possible fates, but only one differs from glycolysis, so the two distinguishing products of the pathway are ribose et NADPH.

Ribose is important for nucleic acid synthesis, particularly in dividing cells, explaining the increased activity of the pentose phosphate pathway in those cells. This cannot be the reason for the high activity of the pathway in erythrocytes as they have no nuclei and do not divide. In fact the ribulose 5-P is fed back into glycolysis for generation of ATP as shown in diagrams 2 and 3.

NADPH, then, is the answer in this case. It is the reducing agent used in the cytoplasm for synthetic processes (unlike NADH used particularly for ATP generation in the mitochondria), and so the pentose phosphate pathway is found in cells such as adipose, mammary gland and liver, that synthesize fatty acids, and cells that synthesize steroids. However that is not there is no fatty acid or steroid synthesis in the erythrocyte.

NADPH is important in erythrocytes as it is the specific source of reducing power required to keep the molecule glutathione in a reduced state. This has an important protective role in reducing cellular molecules that have become oxidized by molecular oxygen, a problem that is more acute in erythrocytes than in perhaps any other cells as they are the carriers of molecular oxygen. The cell membrane is particularly prone to oxidative damage. You can read about this online in this chapter in Berg et al.


Why is pentose phosphate pathway important?

Q: A 1.2 L weather balloon on the ground has a temperature of 25°C and is at atmospheric pressure (1.0 .

A: “The combined gas law” helps in computing any unknown variable. If initial temperature, volume, pres.

Q: What is the term for the resistance of a liquid to spread and its tendency to form spherical droplet.

A: Term for the resistance of a liquid to spread and its tendency to form spherical droplets .

Q: PROVE (with calculations) whether a precipitate will or will not form if 80.0 mL of a 0.0020 M NaF s.

A: Click to see the answer

Q: QIV: Starting from Benzene as the only organic reagent you have and use any other inorganic reagents.

Q: Consider the following reaction: 2 Mg + O2 2 MgO, Hrxn = -1,203 kJ.Calculate the amount of heat (i.

A: The given balanced chemical reaction is as follows:

Q: Enter electrons as e". Use smallest possible integer coefficients. If a box is not needed, leave it .

A: Hello. Since you have posted multiple questions and not specified which question needs to be solved.

Q: If I have a scenario by which a voltaic cell is set up, would I use the Nernst equation for standard.

A: Nernst equation is mainly utilized for the cell potential determination which is indicated by Ecell.

Q: What is the name of the peptide below and please give a synthesis for it by using solid phase peptid.

A: The name of the peptide has to be given and a synthesis for it by using solid phase peptide synthesi.

Q: If a 0.06 M solution of a weak acid has a pH of 5.64, what is the Ka of the acid? HA &lt=&gt H.

A: since pH = -log[H+] where [H+] = concentration of H+ ions in the solution =&gt 5.64 = - log[H+] =&.


Voir la vidéo: J. Czartowski JU: Mixed-State Designs and Isoentangled Mutually Unbiased Bases (Janvier 2022).