Madame Lelica

Obrázek: „oxidativer Teil des Pentosephosphatweges“ Yikrazuul. Licence: Public Domain

Definice

pentózového cyklu, může být odkazoval se na jako pentose phosphate cycle, phosphogluconate cesta, hexózamonofosfátový cyklu, nebo Warburg-Dickens-Horecker zkrat., Všichni znamenají totéž: poskytování NADPH a pentóz, které lze použít v jiných biochemických cestách.

NADPH se nachází hlavně v tkáních, ve kterých jsou důležité biosyntetické procesy, což znamená, že v těchto tkáních je cesta pentózového fosfátu vyžadována k vytvoření NADPH snížením glukózy. Příkladem jsou hepatocyty a adipocyty, které syntetizují mastné kyseliny nebo vaječníky, varlata a kůru nadledvin, které syntetizují steroidy.,

kromě syntézy mastných kyselin, NADPH je také nutné pro biosyntézu cholesterolu, neurotransmiterů, a nukleotidů přes phosphoribosyl-pyrofosfát (PRPP). Kromě toho se reduktázy závislé na NADPH podílejí na detoxikaci tkání a dále se používají při redukci glutathionu v erytrocytech. Pentózová fosfátová dráha může být rozdělena do 2 odlišných fází: první oxidační a druhá neoxidační (reduktivní) fáze. Oba procesy se vyskytují výhradně v cytoplazmě.,

Oxidační Fáze

V první oxidativní fáze pentózového cyklu, glukóza se oxiduje na vytvořit 2 molekuly NADPH. Tento krok je v podstatě nevratný a páchající krok, protože reakce jsou silně exergonické.

obrázek: „oxidační fáze“ od Yikrazuul. Licence: Public Domain

První Reakce

původní metabolit pentózového cyklu je glukóza-6-fosfát, 2 NADP+ a H2O., Oxidační fáze začíná dehydrogenací na atomu C1 glukózy-6-fosfátu, což je reakce katalyzovaná glukóza-6-fosfát dehydrogenázou (G6PD). Reakčním produktem je 6-fosfoglukonolakton. Naopak, NADP+ je během tohoto procesu redukován na NADPH.

druhá reakce

6-fosfoglukonolakton se hydrolyzuje na 6-fosfoglukonát specifickým enzymem zvaným laktonáza.,

Třetí Reakce

Na oxidační dekarboxylací kyseliny 6-phosphogluconate tím, glukonát-6-fosfát dehydrogenázy výnosy 3-keto-6-phosphogluconate, který je převeden na jako ribulóza-5-fosfát, substrát pro non-oxidační účinky, a NADPH.

neoxidační Fáze

tato druhá, neoxidační fáze je reverzibilní a reduktivní. Poskytuje pentózy používané při syntéze nukleotidů a katalyzuje interkonverzi 3, 4, 5, 6 a 7-uhlíkových cukrů. To může mít za následek meziprodukty, které mohou například vstoupit do glykolýzy.,

Obrázek: ‚non-oxidační kroky pentózového cyklu‘ Yikrazuul. Licence: (CC BY-SA 3.0)

První Reakce

jako ribulóza-5-fosfátu vzniklého v oxidační fázi je částečně převeden na xylosy-5-fosfát, katalyzované jako ribulóza-5-fosfátu epimerase, a částečně izomerizovaný enzymem phosphopentose izomeráza (ribóza-5-fosfát izomeráza) na ribóza-5-fosfát.,

Druhá Reakce

2 výsledné C5 sacharidy jsou nyní nutné pro další krok: xylosy-5-fosfát slouží jako C2 dárce. Enzym transketoláza převody 2 uhlíkové fragmenty k pentóza ribóza-5-fosfát, který poskytuje glyceraldehyd-3-fosfát a sedoheptulose-7-fosfát.,

Třetí Reakce

2 produkty předchozího kroku pokračovat v přenosu uhlíku fragmenty: enzym transaldoláza převody 3 uhlíkové atomy sedoheptulose-7-fosfátu na glyceraldehyd-3-fosfát; tedy 2 nové sacharidy jsou generovány: erythrose-4-fosfát a fruktóza-6-fosfát.

Čtvrtá Reakce

Tento krok je rovněž katalyzována na transketoláza; spolu s erythrose-4-fosfát, generované v třetí reakci, další xylosy-5-fosfát je použit pro generování další fruktóza-6-fosfát a další glyceraldehyd-3-fosfát.,

Nakonec, to znamená, že 3 molekuly ribózy-5-fosfátu může vytvořit 2 molekuly fruktóza-6-fosfát a 1 molekula glyceraldehyd-3-fosfát, který může být přiváděn do glycolytic pathway. Kromě toho lze fruktózu-6-fosfát převést zpět na glukózu-6-fosfát a vstoupit do nové pentózové fosfátové dráhy.,

Nařízení Mechanismy pentózového cyklu

poptávka a dostupnost různých reakčních produktů, meziproduktů, a substrátů (výchozí reaktanty) dráhy určit, která část pentózového cyklu je operativní a jak rychle se ta část je. Nejdůležitějším regulačním faktorem je intracelulární koncentrace NADP+.

v buňce s nízkými hladinami NADP+ je inhibována dehydrogenace glukóza-6-fosfátu, což znamená, že se nevytváří téměř žádný NADPH., Pouze pokud je NADPH potřebný pro redukční biosyntézu, je aktivní první fáze pentózové fosfátové dráhy. Předpokládá se, že inzulín upreguluje přepis frekvence z glyceraldehyd-3-fosfát dehydrogenázy, která zesiluje první krok pentózového cyklu.

Zatímco koncentrace NADP+ hlavně má vliv na první fáze pentózového cyklu, koncentrace různých substrátů mají tendenci ovlivňovat druhé fáze.,

Energetické Bilance pentózového cyklu

Jako pentózového cyklu a glycolytic pathway jsou přímo spojeny a definovaných v koordinované souhře nebo výměny různých molekul mezi nimi, výstup z pentózového cyklu je určena na potřeby buňky. Čtyři různé metabolické situace jsou popsány následovně:

Pokud například buňka vyžaduje mnoho nukleotidů pro syntézu DNA, musí generovat velké množství ribózy-5-fosfátu., K tomu, buňka může zvrátit účinky popsané výše, a pomocí ATP, můžete vytvořit 3 molekuly ribózy-5-fosfátu z 2 fruktóza-6-fosfát molekuly a 1 molekula glyceraldehyd-3-fosfát.

Pokud buňka vyžaduje jak ribóza-5-fosfát a NADPH, regenerační fáze pentózového cyklu se spouští, které tvoří 2 molekuly NADPH a 1 molekulu ribózy-5-fosfátu z 1 molekuly glukózy-6-fosfát.,

v Případě, že buňka potřebuje velké množství NADPH pro reduktivní biosyntézy, bude používat produkty reakce druhé fáze pentózového cyklu, glyceraldehyd-3-fosfát a fruktóza-6-fosfát, převádí je zpět na glukózu-6-fosfát a krmení do pentózového cyklu. Tímto způsobem může 1 molekula glukózy-6-fosfátu převést 12 NADP + na NADPH.,

v Případě, že buňka potřebuje NADPH a ATP, produkty pentózového cyklu, konkrétně fruktóza-6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát, vstoupí do glycolytic pathway (spíše než návrat na glukózu-6-fosfát). Thud, 3 molekuly glukózy-6-fosfátu mohou být přeměněny na 5 molekul pyruvátu, 6 NADPH a 8 ATP.

Patofyziologie

Jak bylo uvedeno výše, NADPH vytvořené v pentózového cyklu hraje klíčovou roli v antioxidační obrany (buněčné detoxikace), který redukuje oxidovaný glutathion., Glutathion je tripeptid, který snižuje reaktivní druhy kyslíku, a tak bojuje proti takzvanému oxidačnímu stresu, který způsobuje mnoho nemocí.

pokud cesta pentózofosfátu nefunguje správně, např. v případě nedostatku G6PD je generováno nedostatečné množství NADPH. Protože cesta pentózového fosfátu je jediným zdrojem sníženého glutathionu v erytrocytech, vede to k rozpadu buněk; jedinci s nedostatkem G6PD jsou tedy ohroženi hemolytickou anémií. Přidružená klinická prezentace se nazývá Favismus.,

nedostatek G6PD však poskytuje přirozenou ochranu proti malárii, protože patogenní paraziti vyžadují pro svůj růst snížený glutathion. Tato selektivní výhoda vysvětluje, proč je tento genetický nedostatek rozšířen v subsaharské Africe a středomořské oblasti.