Definice
Také známý jako pentose phosphate zkratu, pentózového cyklu (PPP) je jedním z metabolických drah (ostatní jsou glykolýzy a Krebsova cyklu), které se specificky slouží k produkci NADPH (Redukovaný nikotinamidadenindinukleotid fosfát je redukovaná forma NADP+) a ribóza 5-trifosfát (R5P).,
Produkty pentózového cyklu jsou nezbytné pro normální fungování buněk a proliferaci, čímž PPP jeden z nejdůležitějších metabolických procesů v různých organismů.
* Ribóza 5 fosfát je potřebný pro syntézu nukleových kyselin, zatímco NADPH je nezbytný pro syntézu různých organických molekul (non-esenciální aminokyseliny, steroly a mastné kyseliny atd.)., NADPH se také podílí na přeměně oxidovaného glutathionu na glutathion, což je proces, který přispívá k buněčné antioxidační obraně.
* Ve většině organismů, pentózového cyklu dochází v cytosolu (to je místo, kde většina enzymů, které se účastní procesů jsou umístěny). U rostlin se však některé kroky dráhy vyskytují v plastidech.,
Mechanismus
Pro většinu organismů, metabolických drah prokázaly, že se vyskytují v cytosolu (cytoplazmatické matrix/cytoplazmě), kde většina z spojené enzymy jsou umístěny. V některých organismech (rostliny, paraziti, protozoa atd.) se však některé kroky v cestě vyskytují u některých organel, jako jsou glykosomy, endoplazmatické retikulum a plastidy.
Obecně, pentózového cyklu, může být viděn jako cestu, která odbočuje z glykolýzy., Během glykolýzy se glukóza, molekula 6 uhlíku, převede na glukózu-6-fosfát přidáním fosfátové skupiny.
k tomu dochází procesem známým jako fosforylace. Zde se hexokináza (nebo glukokináza v některých případech) podílí na přidání fosfátové skupiny na šestý uhlík glukózy.,
produkce glukózy-6-fosfát je běžně považováno za nejdůležitější krok/fáze metabolismu vzhledem k tomu, že to je konvergence bod pro všechny metabolické dráhy, včetně syntézy glykogenu, glykolýzu, a pentózového cyklu. Aby všechny tyto procesy nastaly, musí dojít k tomuto kroku.
po produkci glukózy-6-fosfátu je způsob, jakým probíhá cesta Pentózového fosfátu, do značné míry závislý na potřebách buňky., Z tohoto důvodu je před podrobným pohledem na cestu důležité zvážit několik scénářů (s ohledem na buněčné potřeby) a jejich dopad na cestu.
Buňky vyžaduje jak ribóza 5-fosfát a NADPH – Ve scénáři, kde buňky vyžaduje jak ribóza-5-fosfát a NADPH, pak glukóza-6-fosfát vstupuje do oxidační fáze s cílem vyrábět tyto produkty., U buněk s vysokou poptávkou po obou molekulách studie ukázaly, že dochází pouze k oxidační fázi. Zde tedy nemusí probíhat neoxidační fáze dráhy.
V této reakci jedné molekuly glukózy-6-fosfát (v přítomnosti molekuly vody a NADP+) produkuje dva (2) molekuly NADPH a jednu molekulu jako ribulóza 5-fosfát. Mezi další produkty těchto reakcí patří ionty vodíku a oxid uhličitý.,
Některé z enzymů podílejících se na oxidačních fáze patří glukóza 6-fosfát dehydrogenázy (zodpovědný za produkci NADPH), lactonase (podílí na produkci 6-phosphogluconate), a 6-phosphogluconate dehydrogenase, který je zapojen do výroby jako ribulóza 5-fosfát a další molekuly NADPH.
buňka vyžaduje ribóza-5-fosfát – V případě, kdy buňka vyžaduje vyšší množství ribóza 5-fosfátu než NADPH (např., buňky, které mají podstoupit dělení buněk, a tedy k replikaci nukleové kyseliny), glukóza-6-fosfát vstupuje do glycolytic pathway vyrábět fruktosa 6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát (GAP).
obě molekuly se pak podílejí na produkci ribózy 5-fosfátu reverzní neoxidační fází. Oxidační fáze se také zabraňuje, a proto se NADPH nevyrábí. Na rozdíl od předchozího scénáře je zde zapotřebí energie ATP k vytvoření 6 ribózových 5-fosfátových molekul., Kromě toho se produkují ADP a dva (2) ionty vodíku.
* V této fázi, ATP je zapotřebí k přeměně fruktózy 6-fosfátu (která byla vyrobena z glukóza-6-fosfátu v glycolytic proces) na fruktosa 1,6 bisphosphate. Je to fruktóza 1,6 bisfosfát, který se pak převede na glyceraldehyd 3-fosfát (mezera podílející se na výrobě ribózy 5-fosfát) a dihydroxyaceton fosfát.,
Buňka vyžaduje vysoké množství NADPH – třetí scénář je místo, kde buňka vyžaduje vyšší množství NADPH než ribosa 5-fosfát. Dobrým příkladem takových buněk jsou tukové buňky (podílející se na biosyntéze mastných kyselin). Zde glukóza 6-fosfát nejprve vstupuje do oxidační fáze za vzniku ribózy 5-fosfátu. Poté následuje neoxidační fáze, která vede k produkci fruktózy 6-fosfátu a glyceraldehydu 3-fosfátu.,
dva produkty neoxidační fáze se pak přeměňují na glukózu 6-fosfát procesem známým jako glukoneogeneze. Zde stojí za zmínku, že během oxidační fáze glukóza 6-fosfát používá molekulu vody a NADP+ k uvolnění dvou molekul NADPH, oxidu uhličitého a dvou vodíkových iontů. Proto se NADPH uvolňuje během oxidační fáze.,
neoxidační fáze také umožňuje, aby ribóza 5-fosfát, který byl vyroben, byl přeměněn zpět na glukózu 6-fosfát (jsou recyklovány), který proces opakuje. Výsledkem je, že tento proces je primárně zapojen do výroby vysokého množství NADPH, které buňka vyžaduje.,
* Při oxidační fáze je dostačující pro výrobu požadované NADPH, non-oxidační fáze umožňuje recyklaci ribóza 5-fosfátu na glukóza-6-fosfát,
Buňka vyžaduje NADPH a ATP – Jako je tomu v případě scénáře, kdy buňka vyžaduje vysoké množství NADPH, tento scénář zahrnuje jak oxidační a neoxidační fáze. Konečné produkty neoxidační fáze však nepodléhají glukoneogenezi.,
během oxidační fáze se glukóza 6-fosfát převede na NADPH a ribózu 6-fosfát. Tento fosfát (ribóza 6-fosfát), pak vstupuje do non-oxidační fáze vyrábět fruktosa 6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát. Na druhé straně oba vstupují do glykolytické dráhy, kde se podílejí na produkci pyruvátu a dvou molekul ATP.,
Oxidační a neoxidační Fáze
Jak již bylo zmíněno, existují dvě hlavní fáze pentózového cyklu. Oxidační fáze cesty se ukázaly být zvláště účinné u většiny eukaryotických buněk a slouží k převést glukóza-6-fosfátu na NADPH, jako ribulóza 5-fosfát, stejně jako oxid uhličitý.,
non-oxidační fáze, na druhou stranu, bylo prokázáno, že být všudypřítomné, kde meziprodukty glykolýzy ( fruktosa 6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát) jsou metabolizovány k produkci ribóza 5-fosfát, který je potřebný pro syntézu nukleových kyselin.
kromě toho se ribóza také podílí na výrobě fosfátů cukru, které slouží jako prekurzory syntézy aminokyselin. Tato část se zaměří na různé kroky / fáze oxidační i neoxidační fáze Pentózofosfátové dráhy.,
Oxidační Fáze
Jak již bylo zmíněno, oxidativní fáze pentózového cyklu je k oxidaci molekuly glukózy (glukóza 6-fosfát) a nakonec produkovat tolik potřebné NADPH (redukční činidlo).,
Tato fáze cesty se skládá z několika důležitých kroků, které zahrnují:
1. Krok – V tomto kroku oxidační fáze, enzymu glukóza-6-fosfát dehydrogenázy, v přítomnosti NADP+ (univerzální akceptor elektronů), převádí glukózy-6-fosfátu na 6 phosphoglucono delta lakton.
během této reakce molekula NADP+, která je akceptorem elektronů, přijímá dva elektrony z glukózy 6-fosfátu., Výsledkem je snížená forma NADP+ (NADPH) a další vodíkový iont. Uvolněním dvou elektronů se glukóza 6-fosfát převede na 6-fosfoglukono-delta-lakton.
Krok 2 – druhý krok oxidační fáze je zaměřená na přípravu 6-phosphoglucono-delta-lakton pro dekarboxylaci (odstranění karboxylové skupiny z molekuly)., K tomu dochází, molekula je nejprve hydratována pod vlivem laktonázy (proteinu podílejícího se na hydrolýzních reakcích).
tato reakce transformuje 6-fosfoglukono-delta-lakton na 6 fosfoglukonátů a vodíkový iont. V této formě je molekula připravena k dekarboxylaci.
Krok 3 – Poté, 6-phosphogluconate podléhá dekarboxylaci na formulář jako ribulóza 5-fosfát (pentózový nebo 5 uhlíku v molekule)., Při této reakci se enzym 6-fosfoglukonát podílí na dekarboxylaci molekuly 6-fosfoglukonátu.
Tato reakce nejen vyžaduje odstranění karboxylové skupiny v molekule (6-phosphogluconate) produkují oxid uhličitý, ale také uvolnění dvou elektronů, které jsou přijímány po NADP+ za vzniku NADPH. Zde snížení NADP + vede k čistému nárůstu NADPH.,
Krok 4 – poslední reakce oxidační fáze, také obyčejně odkazoval se na jako reakce izomerace, výsledky v tvorbě izomeru. Během této reakce, enzym phosphopentose izomeráza je zodpovědný za konverzi ribulózu (jako ribulóza 5-fosfát) do ribóza 5-fosfát.
* Rychlost, při které se tyto reakce vyskytují, do značné míry závisí na potřebách buňky., Že elektron dárce potřebné pro redukci oxidované sloučeniny, NADPH je z velké části vyrábí pro rozsah redox reakce včetně reduktivní biosyntézy (např. v syntéze těchto molekul jako steroidní hormony, mastné kyseliny, a non-esenciální aminokyseliny, atd.), detoxikace, stejně jako generace reaktivních forem kyslíku, atd. Zde reakce přinášejí NADP + po snížení NADPH.,
Obecně platí, že oxidativní fáze pentózového cyklu může být zastoupeny takto:
Non-Oxidativní Fáze pentózového cyklu
do konce oxidační fáze, jedné molekuly glukózy-6-fosfátu produkuje dvě molekuly NADPH a jednu molekulu ribózy 5-fosfát (pentózový cukru). Jak již bylo zmíněno, NADPH a ribózový cukr mají různé funkce.,
Vzhledem k tomu, že NADPH se používá pro celou řadu procesů včetně biosyntézy různých makromolekul a detoxikaci mezi ostatními, cukr ribóza, na druhé straně, se používá k výrobě různých nukleotidů na bázi molekul (DNA, RNA, FAD a CoA, atd.).
obecně mohou buňky těla vyžadovat více NADPH než 5-fosfát ribózy vzhledem k tomu, že existuje mnoho dalších buněčných procesů, které vyžadují tuto molekulu., Z tohoto důvodu, některé z ribóza 5-fosfát molekuly jsou recyklovány pro výrobu glukózy-6-fosfátu, které pak mohou znovu vstoupit do oxidační fáze s cílem vyrábět více NADPH. Tyto reakce (podílející se na recyklaci ribózy 5-fosfátu) se vyskytují v neoxidační fázi.,
Jak je tomu v případě oxidační fáze, non-oxidační fáze může být rozdělena do 4 hlavních fází/kroků, které zahrnují:
Krok 1 – v první fázi non-oxidační fázi, existují dva hlavní reakce, které v konečném důsledku vedou k výrobě xylosy 5-fosfát. Během první reakce se fosfopentóza isomeráza podílí na přeměně ribózy 5-fosfátu na ribulózu 5-fosfát.,
Toto je převeden do Xylosy 5-fosfátu během druhé reakce phosphopentose epimerase. Vzhledem k tomu, že tento krok začíná dvěma molekulami ribózy 5-fosfátu, jsou konečnými produkty dvě molekuly xylulose 5-fosfátu.,
Krok 2 – Během druhé fáze non-oxidační fáze, jedna molekula Xylosy 5-fosfát (od prvního kroku) kombinuje s jedinou molekulu ribózy 5-fosfát v přítomnosti enzymu transketolase tvořit Sedoheptulose 7-fosfát a Glyceraldehyd-3-fosfát. Tato reakce je závislá na co-faktoru známém jako thiamin pyrofosfát.,
V přítomnosti tohoto co-faktoru, enzymu (transketolase) odstraní dvě carbon group se nachází na Xylosy 5-fosfát a přidává to na ribóza 5-fosfát. Výsledkem je výroba sedmi molekul uhlíku (Sedoheptulóza 7-fosfát) a tří uhlíkové molekuly (glyceraldehyd 3-fosfát).,
Krok 3 – Během třetí krok, dva molekuly produkované během druhého kroku se používají k výrobě erythrose 4-fosfát a fruktóza-6-fosfátu. Zde se enzym známý jako transaldoláza podílí na přenosu tří uhlíkových skupin ze Sedoheptulózy 7-fosfátu na glyceraldehyd 3-fosfát.,
V procesu, Sedoheptulose 7-fosfát je transformován do erythrose 4-fosfátu, zatímco Glyceraldehyd-3-fosfát je převeden na fruktosa-6-fosfátu.
Krok 4 – čtvrtý krok neoxidační fáze je posledním krokem. V tomto kroku, erythrose 4-fosfát je v kombinaci s jednou molekulou Xylosy 5-fosfát (z kroku 1) do formuláře fruktosa 6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát.,
Tato reakce je katalyzována enzymem transketoláza a zahrnuje přenos dvou uhlíkových skupin na xylosy 5-fosfátu na erythrose 4-fosfát. Výsledkem je, že erythrose 4-fosfát se převede na fruktózu 6-fosfát, zatímco xylulose 5-fosfát se přemění na glyceraldehyd 3-fosfát (mezera).,
* Proto obecně platí, non-oxidační fáze jako celek slouží k převodu ribóza 5-fosfát z oxidační fáze na fruktosa 6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfátů, které jsou glycolytic meziprodukty, které se podílejí na produkci Glukózy-6-fosfátu.
Jak již bylo uvedeno, hlavní funkce této fáze (non-oxidační) je recyklovat, ribóza 5-fosfátu na glukóza-6-fosfátu., Proto tam, kde je vysoká poptávka po NADPH, tato fáze hraje důležitou roli v recyklaci ribosy na výrobu meziproduktů, které jsou pak použity k vytvoření glukóza-6-fosfátu. Glukóza pak vstupuje do oxidační fáze za vzniku dvou molekul NADPH a jedné ribózy 5-fosfátu, jak cyklus pokračuje.
non-oxidační fáze může být zastoupeny takto:
Návrat k tomu, co je Buněčný Metabolismus?,
Return to Glycolysis
Return from Pentose Phosphate Pathway to MicroscopeMaster home
Anna Stincone et al. (2015). The return of metabolism: biochemistry and physiology of the pentose phosphate pathway.
James D. Mauseth. (1991). Botany: An Introduction to Plant Biology.,
Mary K Campbell a Shawn O. Farrell. (1991). Biochemie.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano a Andrea Perra. (2017). Vznikající Role Pentózové fosfátové dráhy v hepatocelulárním karcinomu.
