Madame Lelica

Image: „oxidativer Teil des Pentosephosphatweges” by Yikrazuul. Licencja: Public Domain

definicja

ścieżka fosforanu pentozy może być określana jako cykl fosforanu pentozy, ścieżka fosfoglukonianu, cykl monofosforanu heksozy lub przetoka Warburga-Dickensa-Horeckera., Wszystkie one oznaczają to samo: dostarczenie NADPH i pentozy, które mogą być stosowane w innych szlakach biochemicznych.

NADPH występuje głównie w tkankach, w których ważne są procesy biosyntetyczne, co oznacza, że w tych tkankach szlak pentozofosforanowy jest wymagany do wytworzenia NADPH poprzez redukcję glukozy. Przykładami są hepatocyty i adipocyty, które syntetyzują kwasy tłuszczowe, lub jajniki, jądra i kora nadnerczy, które syntetyzują steroidy.,

oprócz syntezy kwasów tłuszczowych, NADPH jest również wymagany do biosyntezy cholesterolu, neuroprzekaźników i nukleotydów za pośrednictwem pirofosforanu fosforybozylu (PRPP). Ponadto reduktazy zależne od NADPH biorą udział w detoksykacji tkanek i są dalej stosowane w redukcji glutationu w erytrocytach. Szlak pentozofosforanu można podzielić na 2 odrębne fazy: pierwsza faza utleniająca i druga faza nieutleniająca (redukcyjna). Oba procesy zachodzą wyłącznie w cytoplazmie.,

Faza oksydacyjna

w pierwszej fazie oksydacyjnej szlaku pentozofosforanowego glukoza ulega utlenieniu w celu wytworzenia 2 cząsteczek NADPH. Etap ten jest zasadniczo nieodwracalny, a jego przebieg jest silnie egzergoniczny.

Image: 'Oxidative Phase' by Yikrazuul. Licencja: Public Domain

pierwsza reakcja

początkowy metabolit szlaku fosforanu pentozy to glukozo-6-fosforan, 2 NADP+ i H2O., Faza oksydacyjna rozpoczyna się dehydrogenacją w atomie C1 glukozo-6-fosforanu, reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową (G6PD). Produktem reakcji jest 6-fosfoglukonolakton. I odwrotnie, NADP+ redukuje się do NADPH podczas tego procesu.

druga reakcja

6-fosfoglukonolakton jest hydrolizowany do 6-fosfoglukonianu przez specyficzny enzym zwany laktonazą.,

trzecia reakcja

oksydacyjna dekarboksylacja 6-fosfoglukonianu przez dehydrogenazę glukoniano-6-fosforanową daje 3-keto-6-fosfoglukonian, który przekształca się w rybulozo-5-fosforan, substrat dla reakcji nieoksydacyjnych i NADPH.

Faza Nieutleniająca

Ta druga, nieutleniająca faza jest odwracalna i redukcyjna. Daje pentozy stosowane w syntezie nukleotydów i katalizuje interkonwersję cukrów 3, 4, 5, 6 i 7-węglowych. To z kolei może spowodować półprodukty, które na przykład mogą wejść w glikolizę.,

Obraz: „nieutleniające etapy szlaku fosforanu pentozy” autorstwa Yikrazuul. Licencja: (CC BY-SA 3.0)

pierwsza reakcja

Rybulozo-5-fosforan wytworzony w fazie oksydacyjnej jest częściowo przekształcany w ksylulozo-5-fosforan, katalizowany przez epimerazę rybulozo-5-fosforanową, a częściowo izomeryzowany przez enzym izomerazę fosfopentozy (izomeraza rybozo-5-fosforanowa) do rybozo-5-fosforanu.,

druga reakcja

2 powstające węglowodany C5 są teraz potrzebne do następnego kroku: ksyluloza-5-fosforan służy jako dawca C2. Enzym transketolaza przenosi 2 fragmenty węgla do pentozo-rybozo-5-fosforanu, co daje gliceroaldehyd-3-fosforan i sedoheptulozo-7-fosforan.,

trzecia reakcja

2 produkty poprzedniego etapu nadal przenoszą fragmenty węgla: enzym transaldolaza przenosi 3 atomy węgla sedoheptulozo-7-fosforanu do gliceroaldehydu-3-fosforanu; w ten sposób powstają 2 nowe węglowodany: erytro-4-fosforan i fruktozo-6-fosforan.

czwarta reakcja

ten etap jest również katalizowany przez transketolazę; wraz z erytrozo-4-fosforanem, generowanym w trzeciej reakcji, inny ksylulozo-5-fosforan jest używany do wytworzenia innego fruktozo-6-fosforanu i dodatkowego aldehydu glicerolu-3-fosforanu.,

ostatecznie oznacza to, że 3 cząsteczki rybozo-5-fosforanu mogą wytworzyć 2 cząsteczki fruktozo-6-fosforanu i 1 cząsteczkę gliceroaldehydu-3-fosforanu, które mogą być wprowadzane do szlaku glikolitycznego. Ponadto fruktozo-6-fosforan może zostać przekształcony z powrotem w glukozo-6-fosforan i wejść w nowy szlak fosforanowy pentozy.,

mechanizmy regulacji Szlaku Pentozofosforanowego

zapotrzebowanie i dostępność różnych produktów reakcji, półproduktów i substratów (reagentów początkowych) szlaku determinują, która część szlaku pentozofosforanowego działa i jak szybko ta część jest. Najważniejszym czynnikiem regulacyjnym jest wewnątrzkomórkowe stężenie NADP+.

w komórce o niskim poziomie NADP+ hamuje się dehydrogenację glukozo-6-fosforanu, co oznacza, że prawie nie powstaje NADPH., Tylko wtedy, gdy NADPH jest wymagany do reduktorowych reakcji biosyntezy, pierwsza faza szlaku pentozofosforanowego jest aktywna. Przyjmuje się, że insulina zwiększa szybkość transkrypcji dehydrogenazy gliceroaldehydowo-3-fosforanowej, która wzmacnia pierwszy etap szlaku pentozofosforanowego.

podczas gdy stężenie NADP+ ma głównie wpływ na pierwszą fazę szlaku pentozofosforanowego, stężenia różnych substratów mają tendencję do wpływu na drugą fazę.,

bilans energetyczny Szlaku Pentozofosforanowego

ponieważ szlak pentozofosforanowy i Szlak glikolityczny są bezpośrednio połączone i zdefiniowane przez skoordynowane współdziałanie lub wymianę różnych cząsteczek między nimi, wyjście szlaku pentozofosforanowego jest określone przez potrzeby komórki. Cztery różne sytuacje metaboliczne są opisane w następujący sposób:

Jeśli komórka, na przykład, wymaga wielu nukleotydów do syntezy DNA, musi wytworzyć dużą ilość rybozo-5-fosforanu., W tym celu komórka może odwrócić opisane powyżej reakcje i wykorzystując ATP, może wytworzyć 3 cząsteczki rybozo-5-fosforanu z 2 cząsteczek fruktozo-6-fosforanu i 1 cząsteczkę gliceroaldehydu-3-fosforanu.

Jeśli komórka wymaga zarówno rybozo-5-fosforanu, jak i NADPH, aktywuje się faza oksydacyjna szlaku pentozofosforanowego, tworząc 2 cząsteczki NADPH i 1 cząsteczkę rybozo-5-fosforanu z 1 cząsteczki glukozo-6-fosforanu.,

Jeśli komórka potrzebuje dużej ilości NADPH do redukcyjnej biosyntezy, wykorzysta produkty reakcji drugiej fazy szlaku pentozofosforanowego, gliceroaldehydu-3-fosforanu i fruktozo-6-fosforanu, przekształcając je z powrotem w glukozo-6-fosforan i wprowadzając je do szlaku pentozofosforanowego. W ten sposób 1 cząsteczka glukozo-6-fosforanu może przekształcić 12 NADP + w NADPH.,

Jeśli komórka potrzebuje zarówno NADPH, jak i ATP, produkty szlaku pentozofosforanowego, a mianowicie fruktoza-6-fosforan i gliceroaldehyd-3-fosforan, wejdą w Szlak glikolityczny (zamiast powrócić do glukozo-6-fosforanu). 3 cząsteczki glukozo-6-fosforanu można przekształcić w 5 cząsteczek pirogronianu, 6 NADPH i 8 ATP.

Patofizjologia

jak wspomniano powyżej, NADPH wytwarzany w szlaku pentozofosforanowym odgrywa kluczową rolę w obronie przeciwutleniającej (detoksykacji komórkowej), ponieważ zmniejsza utleniony glutation., Glutation jest tripeptydem, który redukuje reaktywne formy tlenu, a tym samym zwalcza tak zwany stres oksydacyjny, który powoduje wiele chorób.

Jeśli szlak pentozofosforanowy nie działa prawidłowo, np. w przypadku niedoboru G6PD, generowana jest niewystarczająca ilość NADPH. Ponieważ szlak fosforanu pentozy jest jedynym źródłem zredukowanego glutationu w erytrocytach, prowadzi to do rozpadu komórek; tak więc osoby z niedoborem G6PD są zagrożone niedokrwistością hemolityczną. Związana z tym prezentacja kliniczna nazywa się Fawizmem.,

jednak niedobór G6PD zapewnia naturalną ochronę przed malarią, ponieważ patogenne pasożyty wymagają zmniejszonego glutationu dla ich wzrostu. Ta selektywna korzyść wyjaśnia, dlaczego ten niedobór genetyczny jest powszechny w Afryce Subsaharyjskiej i regionie Morza Śródziemnego.