Abstract Glycolysis has a main function to provide ATP and precursor metabolites for biomass production. Although glycolysis is one of the most important pathways in cellular metabolism, the details of its regulation mechanism and regulating chemicals are not well known yet. The regulation of the glycolytic pathway is very robust to allow for large fluxes at almost constant metabolite levels in spite of changing environmental conditions and many reaction effectors like inhibitors, activating compounds, cofactors, and related metal ions. These changing environmental conditions and metabolic reaction effectors were focused on to understand their roles in the metabolic networks. In this study, we have investigated for construction of the regulatory map of the glycolytic metabolic network and tried to collect all the effectors as much as possible which might affect the glycolysis metabolic pathway. Using the results of this study, it is expected that a complex metabolic situation can be more precisely analyzed and simulated by using available programs and appropriate kinetic data.
Junliang Ma;Yijun Luo;Yingjie Liu;Cheng Chen;Anping Chen;Lubiao Liang;Wenxiang Wang;Yongxiang Song
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제27권1호
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pp.61-73
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2023
Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is a kind of malignant tumor with high incidence and mortality in the digestive system. The aim of this study is to explore the function of lnc-ABCA12-3 in the development of ESCC and its unique mechanisms. RT-PCR was applied to detect gene transcription levels in tissues or cell lines like TE-1, EC9706, and HEEC cells. Western blot was conducted to identify protein expression levels of mitochondrial apoptosis and toll-like receptor 4 (TLR4)/nuclear factor kappa-B (NF-κB) signaling pathway. CCK-8 and EdU assays were carried out to measure cell proliferation, and cell apoptosis was examined by flow cytometry. ELISA was used for checking the changes in glycolysis-related indicators. Lnc-ABCA12-3 was highly expressed in ESCC tissues and cells, which preferred it to be a candidate target. The TE-1 and EC9706 cells proliferation and glycolysis were obviously inhibited with the downregulation of lnc-ABCA12-3, while apoptosis was promoted. TLR4 activator could largely reverse the apoptosis acceleration and relieved the proliferation and glycolysis suppression caused by lnc-ABCA12-3 downregulation. Moreover, the effect of lnc-ABCA12-3 on ESCC cells was actualized by activating the TLR4/NF-κB signaling pathway under the mediation of exosome. Taken together, the lnc-ABCA12-3 could promote the proliferation and glycolysis of ESCC, while repressing its apoptosis probably by regulating the TLR4/NF-κB signaling pathway under the mediation of exosome.
The thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum has long been known to utilize D-glucose via the non-phosphorylated Entner-Doudoroff (nED) pathway. We now report the identification of a gene encoding 2-keto-3-deoxy-D-gluconate (KDG) kinase. The discovery of this gene implies the presence of a glycolysis pathway, other than the nED pathway. It was found that Ta0122 in the T. acidophilum genome corresponded to KDG kinase. This enzyme shares no similarity with known KDG kinases, and belongs to a novel class of sugar kinases. Of the five sugars tested only KDG was utilized as a substrate.
Bolten, Christoph J.;Heinzle, Elmar;Muller, Rolf;Wittmann, Christoph
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제19권1호
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pp.23-36
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2009
In the present work, the metabolic network of primary metabolism of the slow-growing myxobacterium Sorangium cellulosum was reconstructed from the annotated genome sequence of the type strain So ce56. During growth on glucose as the carbon source and asparagine as the nitrogen source, So ce56 showed a very low growth rate of $0.23\;d^{-1}$, equivalent to a doubling time of 3 days. Based on a complete stoichiometric and isotopomer model of the central metabolism, $^{13}C$ metabolic flux analysis was carried out for growth with glucose as carbon and asparagine as nitrogen sources. Normalized to the uptake flux for glucose (100%), cells recruited glycolysis (51%) and the pentose phosphate pathway (48%) as major catabolic pathways. The Entner-Doudoroff pathway and glyoxylate shunt were not active. A high flux through the TCA cycle (118%) enabled a strong formation of ATP, but cells revealed a rather low yield for biomass. Inspection of fluxes linked to energy metabolism revealed that S. cellulosum utilized only 10% of the ATP formed for growth, whereas 90% is required for maintenance. This explains the apparent discrepancy between the relatively low biomass yield and the high flux through the energy-delivering TCA cycle. The total flux of NADPH supply (216%) was higher than the demand for anabolism (156%), indicating additional reactions for balancing of NADPH. The cells further exhibited a highly active metabolic cycle, interconverting $C_3$ and $C_4$ metabolites of glycolysis and the TCA cycle. The present work provides the first insight into fluxes of the primary metabolism of myxobacteria, especially for future investigation on the supply of cofactors, building blocks, and energy in myxobacteria, producing natural compounds of biotechnological interest.
한국미생물생명공학회 2005년도 2005 Annual Meeting & International Symposium
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pp.233-244
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2005
Guanosine fermentation process can be well predicted and analyzed by the proposed state equations describing the dynamic change of a bioreactor. Pyruvate and alanine were found to be characteristically accumulated along with the decline of the guanosine formation rate during the mid-late phase of the process. The enzymological study of the main pathways in glucose catabolism and the quantitative stoichiometric calculation of metabolic flux distribution revealed that it was entirely attributed to the shift of metabolic flux from hexose monophosphate (HMP) pathway to glycolysis pathway. The process optimization by focusing on the restore of the shift of metabolic flux was conducted and the overcoming the decrease of oxygen uptake rate (OUR) was taken as the relevant factor of the trans-scale operation. As a result, the production of guanosinewas increased from 17 g/L to over 34 g/I.
Glycolysis is responsible for the conversion of glucose into pyruvate and for supplying reducing power and several metabolites. Fructose-1,6-bisphosphate aldolase (AtFBA1), a central enzyme in the glycolysis pathway, was isolated by functional complementation of the salt-sensitive phenotype of a calcineurin (CaN)-deficient yeast mutant. Under high salinity conditions, aldolase activity and the concentration of NADH were compromised. However, expression of AtFBA1 maintained aldolase activity and the NADH level in yeast cells. AtFBA1 shares a high degree of sequence identity with known class I type aldolases, and its expression was negatively regulated by stress conditions including NaCl. The fusion protein GFP-AtFBA1 was localized in the cytosol of Arabidopsis protoplasts. The seed germination and root elongation of AtFBA1 knock-out plants exhibited sensitivity to ABA and salt stress. These results indicate that AtFBA1 expression and aldolase activity is important for stress tolerance in yeast and plants.
Cancer cells are known to show increased rates of glycolysis metabolism. Based on this, PET studies using F-18-fluorodeoxyglucose have been used for the detection of primary and metastatic tumors. To account for this increased glucose uptake, a variety of mechanisms has been proposed. Glucose influx across the cell membrane is mediated by a family of structurally related proteins known as glucose transporters (Gluts). Among 6 isoforms of Gluts, Glut-1 and/or Glut-3 have been reported to show increased expression in various tumors. Increased level of Glut mRNA transcription is supposed to be the basic mechanism of Glut overexpression at the protein level. Some oncogens such as src or ras intensely stimulate Glut-1 by means of increased Glut-1 mRNA levels. Hexokinase activity is another important factor in glucose uptake in cancer cells. Especially hexokinase type II is considered to be involved in glycolysis of cancer cells. Much of the hexokinase of tumor cells is bound to outer membrane of mitochondria by the porin, a hexokinase receptor. Through this interaction, hexokinase may gain preferred access to ATP synthesized via oxidative phosphorylation in the inner mitochondria compartment. Other biologic factors such as tumor blood flow, blood volume, hypoxia, and infiltrating cells in tumor tissue are involved. Relative hypoxia may activate the anaerobic glycotytic pathway. Surrounding macrophages and newly formed granulation tissue in tumor showed greater glucose uptake than did viable cancer cells. To expand the application of FDG PET in oncology, it is important for nuclear medicine physicians to understand the related mechanisms of glucose uptake in cancer tissue.
A family of signal transduction pathways known as wingless type (Wnt) signaling pathways is essential to developmental processes like cell division and proliferation. Mutation in Wnt signaling results in a variety of diseases, including cancers of the breast, colon, and skin, metabolic disease, and neurodegenerative disease; thus, the Wnt signaling pathways have been attractive targets for disease treatment. However, the complicatedness and large involveness of the pathway often hampers pinpointing the specific targets of the metabolic process. In our current study, we investigated the differential metabolic regulation by the overexpression of the Wnt signaling pathway in a timely-resolved manner by applying high-throughput and un-targeted metabolite profiling. We have detected and annotated 321 metabolite peaks from a total of 36 human embryonic kidney (HEK) 293 cells using GC-TOF MS and LC-Orbitrap MS. The un-targeted metabolomic analysis identified the radical reprogramming of a range of central carbon/nitrogen metabolism pathways, including glycolysis, TCA cycle, and glutaminolysis, and fatty acid pathways. The investigation, combined with targeted mRNA profiles, elucidated an explicit understanding of activated fatty acid metabolism (β-oxidation and biosynthesis). The findings proposed detailed mechanistic biochemical dynamics in response to Wnt-driven metabolic changes, which may help design precise therapeutic targets for Wnt-related diseases.
인산당은 모든 유기체에서 발견되며 무척 다양한 유용성을 지니고 있다. 특히 glucose 1-phosphate (G1P), glucose 6-phosphate (G6P), fructose 6-phosphate (F6P) 등은 해당과 정, 당합성과정, 5탄당 인산화과정 및 캘빈회로와 같은 탄수화물 대사와 에너지 생산 대사의 주요한 핵심 중간물질이다. 특히 해당과정에서 F6P는 G6P의 이성질화반응에 의하여 생성된다. F6P의 대량생산은 전분을 이용하는 것이 가능한데, 우선 전분에 인산화효소를 가하여 G1P를 얻고, 이 G1P를 자리옮김효소 (phosphoglucomutase, GM)와 이성질화효소 (phosphoglucoisomerase, GI)를 순차적으로 적용하여 G6P와 F6P를 생산하게 된다. 효소반응의 경우 전분의 용해도 증가, 반응속도의 향상 및 미생물의 오염방지 등을 위하여 중온성 효소보다는 고온성 효소 혹은 내열성 효소가 선호된다. 본 연구는 세 가지 내열성 효소를 이용하여 전분으로부터 두 단계반응으로 F6P를 생산하는 것에 관한 것이다. 실험에 사용된 효소는 대장균에서 발현된 재조합 효소로서, 효소의 생산은 유가식 배양을 이용하였다. 1.2% 가용성 전분 200 L를 이용하여 1,253 g의 순수한 G1P를 생산하였으며 이를 이용하여 최종적으로 30% 수율로 F6P를 생산할 수 있었다. 최대수율을 얻기 위하여 반응표면분석법을 이용하여 GM : GI = 1 : 1.23, 63.5$^{\circ}C$, pH 6.85의 조건이 도출되었으며, 이 조건하에서 실험을 통하여 20 g/L의 전분을 이용하여 30% 수율로 F6P가 생성됨을 확인할 수 있었다.
Seung-Woo, Jeon;Jay Ronel V., Conejos;Jae-Sung, Lee;Sang-Hoon, Keum;Hong-Gu, Lee
Journal of Animal Science and Technology
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제64권3호
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pp.481-499
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2022
This study aims to determine the effects of D-methionine (D-Met) isomer and the methionine precursor 2-hydroxy-4-methylthiobutanoic acid i (HMBi) supplementation on milk protein synthesis on immortalized bovine mammary epithelial cell (MAC-T). MAC-T cells were seeded using 10-cm dishes and cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium/F12 (DMEM/F12) basic medium. The basic medium of DMEM/F12 was replaced with the lactogenic DMEM/ F12 differentiation medium when 90% of MAC-T cells reached confluency. The best dosage at 0.6 mM of D-Met and HMBi and incubation time at 72 h were used uniformly for all treatments. Each treatment was replicated six times wherein treatments were randomly assigned in a 6-well plate. Cell, medium, and total protein were determined using a bicinchoninic acid protein assay kit. Genes, proteomics and metabolomics analyses were also done to determine the mechanism of the milk protein synthesis pathway. Data were analyzed by two-way analysis of variance (ANOVA) with supplement type and plate as fixed effects. The least significant difference test was used to evaluate the differences among treatments. The HMBi treatment group had the highest beta-casein and S6 kinase beta-1 (S6K1) mRNA gene expression levels. HMBi and D-Met treatments have higher gene expressions compared to the control group. In terms of medium protein content, HMBi had a higher medium protein quantity than the control although not significantly different from the D-Met group. HMBi supplementation stimulated the production of eukaryotic translation initiation factor 3 subunit protein essential for protein translation initiation resulting in higher medium protein synthesis in the HMBi group than in the control group. The protein pathway analysis results showed that the D-Met group stimulated fructose-galactose metabolism, glycolysis pathway, phosphoinositide 3 kinase, and pyruvate metabolism. The HMBi group stimulated the pentose phosphate and glycolysis pathways. Metabolite analysis revealed that the D-Met treatment group increased seven metabolites and decreased uridine monophosphate (UMP) production. HMBi supplementation increased the production of three metabolites and decreased UMP and N-acetyl-L-glutamate production. Taken together, D-Met and HMBi supplementation are effective in stimulating milk protein synthesis in MAC-T cells by genes, proteins, and metabolites stimulation linked to milk protein synthesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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