Definition
Også kendt som pentose fosfat shunt, Pentose Fosfat Pathway (PPP) er en af de metaboliske veje (de andre er glycolyse og Krebs cyklus), der specifikt har til formål at producere NADPH (Reduceret nicotinamid adenin dinucleotide fosfat er en reduceret form af NADP+) og ribose 5-triphosphat (R5P).,
produkter af pentosephosphatvejen er essentielle for normal cellefunktion og proliferation, hvilket gør PPP til en af de vigtigste metaboliske processer i forskellige organismer.
* Ribose 5-phosphat er nødvendige for syntese af nukleinsyre, mens NADPH er af afgørende betydning for syntese af forskellige organiske molekyler (ikke-essentielle aminosyrer, steroler, og fedtsyrer osv.)., Så godt, NADPH er involveret i omdannelsen af oxideret glutathion til glutathion, en proces, der bidrager til cellulære antioxidant forsvar.
* i de fleste organismer forekommer pentosephosphatvejen i cytosolen (det er her de fleste en .ymer involveret i processerne er placeret). I planter forekommer nogle af trinnene i vejen imidlertid i plastiderne.,
Mekanisme
For de fleste organismer, metaboliske veje, har vist sig at forekomme i cytosol (cytoplasmatisk matrix/cytoplasma), hvor størstedelen af forbundet enzymer er placeret. I nogle organismer (planter, parasitter, proto .oer osv.) forekommer nogle af trinnene i vejen i nogle af organellerne som glycosomer, det endoplasmatiske retikulum og plastider.
generelt kan pentosephosphatvejen ses som en vej, der forgrener sig fra glycolyse., Under glycolyse omdannes glucose, et 6-carbonmolekyle, til glucose-6-phosphat ved tilsætning af en phosphatgruppe.
dette sker gennem en proces kendt som phosphorylering. Her er HE .okinase (eller glucokinase i nogle tilfælde) involveret i tilsætningen af phosphatgruppen på det sjette carbon af glucose.,
produktionen af glucose-6-phosphat betragtes almindeligvis som det vigtigste trin/fase af metabolisme, da det er konvergenspunktet for alle metaboliske veje, herunder glycogensyntese, glykolyse og Pentosephosphatvej. For at alle disse processer skal forekomme, skal dette trin ske.
efter produktionen af glucose-6-phosphat er den måde, hvorpå pentosephosphatvejen fortsætter, i høj grad afhængig af cellens behov., Af denne grund, før man ser på vejen i detaljer, er det vigtigt at overveje flere scenarier (med hensyn til cellulære behov) og deres indvirkning på vejen.
Celle kræver både ribose 5-phosphat og NADPH – I et scenario, hvor den celle, der kræver både ribose-5-phosphat og NADPH, så glucose-6-fosfat træder den oxidative fase for at producere disse produkter., For celler med stor efterspørgsel efter de to molekyler har undersøgelser vist, at kun den o .idative fase forekommer. Her kan den ikke-o .idative fase af vejen muligvis ikke finde sted.
I denne reaktion, et enkelt molekyle glucose-6-fosfat (i overværelse af et vandmolekyle og NADP+) producerer to (2) molekyler NADPH og et enkelt molekyle af ribulose-5-phosphat. Andre produkter af disse reaktioner omfatter hydrogenioner og kuldio .id.,
Nogle af de enzymer, der er involveret i den oxidative fase omfatter glucose-6-fosfat-dehydrogenase (som er ansvarlige for produktionen af NADPH), lactonase (der er involveret i produktionen af 6-phosphogluconate), og 6-phosphogluconate dehydrogenase, der er involveret i produktionen af ribulose-5-phosphat og en ekstra molekyle af NADPH.
En celle kræver ribose-5-phosphat – I et tilfælde, hvor den celle, der kræver større mængder af ribose 5-phosphat end NADPH, (fx, celler, der er ved at gennemgå celledeling og således skal replikere nukleinsyren), kommer glucose 6-phosphat ind i den glycolytiske vej for at producere fructose 6-phosphat og glyceraldehyd 3-phosphat (GAP).
De to molekyler er så involveret i produktionen af ribose 5-phosphat gennem den omvendte ikke-oxidative fase. Den o .idative fase forhindres også i at finde sted, og derfor produceres NADPH ikke. I modsætning til det foregående scenario kræves ATP-energi her for at generere 6 ribose 5-phosphatmolekyler., Derudover produceres ADP og to (2) ioner af hydrogen.
* I denne fase, at ATP er nødvendig for at omdanne fructose 6-phosphat (som blev produceret fra glucose-6-fosfat i glycolytic proces) til fructose 1,6 biphosphat. Det er fructose 1,6 bisphosphat, der derefter omdannes til glyceraldehyd 3-phosphat (hul involveret i produktionen af ribose 5-phosphat) og dihydro .yacetonphosphat.,
celle kræver store mængder NADPH – det tredje scenario er, hvor cellen kræver højere mængder NADPH end ribose 5-phosphat. Et godt eksempel på sådanne celler er fedtceller (involveret i fedtsyrer biosyntese). Her kommer glucose 6-phosphat først ind i den o .idative fase for at producere ribose 5-phosphat. Dette efterfølges derefter af den ikke-o .idative fase, der resulterer i produktion af fructose 6-phosphat og glyceraldehyd 3-phosphat.,
de to produkter fra den ikke-o .idative fase omdannes derefter til glucose 6-phosphat gennem en proces kendt som glukoneogenese. Her er det værd at bemærke, at i løbet af den oxidative fase, glucose 6-phosphat bruger et vandmolekyle og NADP+ til at frigive to molekyler NADPH, kuldioxid, og to hydrogen-ioner. Derfor frigives NADPH under den o .idative fase.,
den ikke-o .idative fase tillader også, at ribose 5-phosphat, der blev produceret, omdannes tilbage til glucose 6-phosphat (de genanvendes), der gentager processen. Som et resultat er denne proces primært involveret i produktionen af høje mængder NADPH, som kræves af cellen.,
* Mens den oxidative fase er tilstrækkelig til produktion af den nødvendige NADPH, ikke-oxidative fase giver mulighed for genbrug af ribose 5-phosphat til glucose 6-phosphat
Celle kræver NADPH og ATP – Som det er tilfældet med den situation, hvor den celle, der kræver store mængder af NADPH, dette scenario omfatter både den oxidative og ikke-oxidative fase. Slutprodukterne fra den ikke-o .idative fase gennemgår imidlertid ikke glukoneogenese.,
Under oxidative fase, glucose 6-phosphat omdannes til NADPH og ribose 6-fosfat. Dette phosphat (ribose 6-phosphat) går derefter ind i den ikke-o .idative fase for at producere fructose 6-phosphat og glyceraldehyd 3-phosphat. Til gengæld kommer de to ind i den glycolytiske vej, hvor de er involveret i produktionen af pyruvat og to molekyler af ATP.,
Oxidative og Ikke-oxidative Faser
Som nævnt, at der er to primære faser af Pentose Fosfat Pathway. Den oxidative fase af den vej har vist sig at være særlig aktiv i de fleste eukaryote celler og tjener til at omdanne glucose-6-fosfat til NADPH, ribulose-5-phosphat samt kuldioxid.,
non-oxidative fase, på den anden side, har vist sig at være allestedsnærværende, hvor mellemprodukter af glycolyse ( fructose 6-phosphat og glyceraldehyde 3-fosfat) er metaboliseres til at producere ribose 5-phosphat, som er nødvendig for syntese af nukleinsyrer.
desuden er ribosen også involveret i produktionen af sukkerfosfater, der tjener som forstadier til aminosyresyntese. Dette afsnit vil fokusere på de forskellige trin/stadier af både o .idative og ikke-o .idative faser af pentosephosphatvejen.,
Oxidative Fase
Som nævnt, den oxidative fase af Pentose Fosfat Pathway er at oxidere glukose molekyle (glukose 6-fosfat) og i sidste ende producere den nødvendige NADPH (reduktionsmiddel).,
Denne fase af vejen består af flere vigtige skridt, som er:
Trin 1 – I dette trin af den oxidative fase, enzymet glucose-6-fosfat dehydrogenase, i overværelse af NADP+ (en universel elektron acceptor), konverterer glucose-6-fosfat i 6 phosphoglucono delta-lacton.
under denne reaktion accepterer NADP+-molekylet, som er en elektronacceptor, to elektroner fra glucose 6-phosphat., Som et resultat dannes en reduceret form af NADP+ (NADPH) såvel som en ekstra hydrogenion. Ved frigivelse af de to elektroner omdannes glucose 6-phosphat derefter til 6-phosphoglucono-delta-lacton.
Trin 2 – Det andet trin i den oxidative fase er rettet mod at forberede de 6-phosphoglucono-delta-lacton for decarboxylation (fjernelse af carboxylgrupper gruppe fra molekyle)., For at dette kan ske, hydreres molekylet først under påvirkning af lactonase (et protein involveret i hydrolysereaktioner).
denne reaktion omdanner 6-phosphoglucono-delta-lacton til 6 phosphogluconat og en hydrogenion. I denne form er molekylet klar til dekarbo .ylering.
Trin 3 – Så, den 6 phosphogluconate gennemgår decarboxylation til at danne ribulose-5-phosphat (en pentose eller 5 carbon-molekyle)., I denne reaktion er en .ymet 6-phosphogluconat involveret i decarbo .yleringen af 6-phosphogluconatmolekylet.
Denne reaktion ikke kun indebærer fjernelse af carboxylgrupper gruppe på molekyle (6-phosphogluconate) til at producere kuldioxid, men også frigivelsen af to elektroner, som er accepteret af NADP+ til at danne NADPH. Her resulterer reduktionen af NADP+ i nettostigningen i NADPH.,
Trin 4 – Den sidste reaktion af den oxidative fase, også kaldet en isomerisation reaktion, der resulterer i dannelsen af en isomer. Under denne reaktion er en .ymet phosphopentose isomerase ansvarlig for omdannelse af ribulose (ribulose 5-phosphat) til ribose 5-phosphat.
* den hastighed, hvormed disse reaktioner forekommer, afhænger i vid udstrækning af cellens behov., At være en elektron donor, der kræves for reduktion af oxiderede forbindelser, NADPH er i vid udstrækning produceret for en række af redox-reaktioner, herunder reduktiv biosynthesis (fx i syntesen af sådanne molekyler, som steroid hormoner, fedtsyrer, og ikke-essentielle aminosyrer, osv.), afgiftning, samt generering af reaktiv ilt arter osv. Her giver reaktionerne NADP+ efter reduktionen af NADPH.,
Generelt, den oxidative fase af pentose fosfat pathway kan være repræsenteret som følger:
Non-Oxidative Fase af Pentose Fosfat Pathway
Ved slutningen af oxidation fase, en enkelt molekyle glucose-6-fosfat producerer to molekyler NADPH og et enkelt molekyle af ribose 5-phosphat (en pentose sukker). Som nævnt har NADPH og ribose sukker forskellige funktioner.,
der Henviser til, at NADPH er brugt til en række processer, herunder biosyntesen af forskellige makromolekyler og afgiftning blandt andre, ribose sukker, på den anden side, bruges til at generere forskellige nukleotid-baserede molekyler (DNA, RNA, FAD, og CoA, osv.).
generelt kan celler i kroppen kræve mere NADPH end ribose 5-phosphat, da der er mange flere celleprocesser, der kræver dette molekyle., Af denne grund genbruges nogle af ribose 5-phosphatmolekylerne til at producere glucose 6-phosphat, som derefter kan komme ind i den o .idative fase for at producere mere NADPH. Disse reaktioner (involveret i genanvendelse af ribose 5-phosphat) forekommer i den ikke-o .idative fase.,
Som det er tilfældet med den oxidative fase, non-oxidative fase kan opdeles i 4 faser/trin, der omfatter:
Trin 1 – Under den første fase af den ikke-oxidative fase, der er to primære reaktioner, der i sidste ende resultere i produktion af xylulose 5-phosphat. Under den første reaktion er phosphopentoseisomerase involveret i omdannelsen af ribose 5-phosphat til ribulose 5-phosphat.,
dette omdannes til 5ylulose 5-phosphat under den anden reaktion ved phosphopentoseepimerase. I betragtning af at dette trin starter med to molekyler ribose 5-phosphat, er slutprodukterne to molekyler 5ylulose 5-phosphat.,
Trin 2 – I anden fase af den ikke-oxidative fase, et enkelt molekyle af Xylulose 5-phosphat (fra de første skridt), og kombinerer med et enkelt molekyle af ribose 5-phosphat i tilstedeværelsen af enzymet transketolase til at danne Sedoheptulose 7-fosfat og Glyceraldehyde 3-fosfat. Denne reaktion er afhængig af en co-faktor kendt som thiaminpyrophosphat.,
I tilstedeværelsen af denne co-faktor, er det enzym (transketolase) fjerner en to carbon-gruppen beliggende på Xylulose 5-phosphat og tilføjer, at det på ribose 5-phosphat. Dette resulterer i produktion af et syv carbonmolekyle (Sedoheptulose 7-phosphat) og et tre carbonmolekyle (glyceraldehyd 3-phosphat).,
Trin 3 – i Løbet af det tredje trin, at de to molekyler, der produceres i andet trin anvendes til at producere erythrose 4-fosfat og fructose 6-phosphat. Her, et enzym kendt som transaldolase er involveret i overførslen af en tre carbon gruppe fra Sedoheptulose 7-fosfat på Glyceraldehyde 3-fosfat.,
I den proces, Sedoheptulose 7-phosphat omdannes til erythrose 4-fosfat, mens Glyceraldehyde 3-fosfat, som er konverteret til fructose 6-phosphat.
Trin 4 – Den fjerde trin af non-oxidative fase er den endelige skridt. I dette trin kombineres erythrose 4-phosphat med et molekyle 5ylulose 5-phosphat (fra trin 1) til dannelse af fructose 6-phosphat og glyceraldehyd 3-phosphat.,
denne reaktion katalyseres af en .ymet transketolase og involverer overførsel af de to carbongrupper på 5ylulose 5-phosphat til erythrose 4-phosphat. Som et resultat omdannes erythrose 4-phosphat til fructose 6-phosphat, mens 5ylulose 5-phosphat omdannes til glyceraldehyd 3-phosphat (GAP).,
* Derfor generelt, non-oxidative fase som helhed tjener til at konvertere ribose 5-phosphat fra den oxidative fase i fructose 6-phosphat og glyceraldehyde 3-fosfat, som er glycolytic mellemprodukter, der er involveret i produktionen af Glukose-6-fosfat.
Som tidligere nævnt, er den vigtigste funktion i denne fase (non-oxidative) er at genbruge ribose 5-phosphat til glucose-6-fosfat., Derfor, hvor der er stor efterspørgsel efter NADPH, spiller denne fase en vigtig rolle i genanvendelse af ribosen for at producere mellemprodukter, der igen bruges til at danne glucose 6-phosphat. Glukosen går derefter ind i den o .idative fase for at producere to molekyler NADPH og et enkelt ribose 5-phosphat, når cyklussen fortsætter.
non-oxidative fase kan være repræsenteret som følger:
vende Tilbage til hvad er Stofskiftet?,
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 og Shawn O. Farrell. (1991). Biokemisk.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano og Andrea Perra. (2017). Emerging rolle pentosephosphatvejen i hepatocellulært carcinom.
