definíció
más néven pentóz-foszfát-sönt, pentóz-foszfát út (PPP) az egyik metabolikus út (a többi glikolízis és Krebs ciklus), amely kifejezetten NADPH előállítására szolgál (csökkentett nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát a NADP+ redukált formája), és ribóz 5-trifoszfát (R5P).,
a pentóz-foszfát út termékei nélkülözhetetlenek a sejtek normális működéséhez és proliferációjához, így a PPP a különböző organizmusok egyik legfontosabb metabolikus folyamata.
* Ribóz 5-foszfát szükség van, a szintézis a nukleinsav-míg a NADPH elengedhetetlen a szintézis a különböző szerves molekulák (nem esszenciális aminosavak, szterolok, valamint a zsírsavak, stb.)., A NADPH is részt vesz az oxidált glutation glutationná történő átalakításában, amely folyamat hozzájárul a sejtes antioxidáns védekezéshez.
* a legtöbb szervezetben a pentóz-foszfát út a citoszolban fordul elő (itt található a folyamatokban részt vevő legtöbb enzim). A növényekben azonban az út egyes lépései a plasztidokban fordulnak elő.,
mechanizmus
a legtöbb organizmus esetében kimutatták, hogy metabolikus utak fordulnak elő a citoszolban (citoplazmatikus mátrix/citoplazma), ahol a kapcsolódó enzimek többsége található. Egyes organizmusokban (növények, paraziták, protozoák stb.) azonban az út egyes lépései olyan organellákban fordulnak elő, mint a glikozómák, az endoplazmatikus retikulum, valamint a plasztidok.
általában a pentóz-foszfát út olyan útvonalnak tekinthető, amely a glikolízisből elágazik., A glikolízis során a glükóz, egy 6-szénmolekula, foszfátcsoport hozzáadásával glükóz-6-foszfáttá alakul.
ez egy foszforiláció néven ismert folyamaton keresztül történik. Itt a hexokináz (vagy bizonyos esetekben a glükokináz) részt vesz a foszfátcsoportnak a glükóz hatodik szénére történő hozzáadásában.,
a glükóz-6-foszfát termelését általában az anyagcsere legfontosabb lépésének/fázisának tekintik, mivel ez az összes metabolikus út konvergenciapontja, beleértve a glikogén szintézist, a glikolízist és a pentóz-foszfát utat. Ahhoz, hogy ezek a folyamatok megtörténjenek, akkor ennek a lépésnek meg kell történnie.
a glükóz-6-foszfát előállítását követően a pentóz-foszfát útja nagymértékben függ a sejt igényeitől., Ezért, mielőtt részletesen megvizsgálnánk az utat, fontos figyelembe venni több forgatókönyvet (a celluláris igények tekintetében), valamint azok hatását az útvonalra.
a sejt mind a ribóz 5-foszfátot, mind a NADPH – ot igényli olyan forgatókönyv esetén, amikor a sejt mind a ribóz-5-foszfátot, mind a NADPH-ot igényli, majd a glükóz-6-foszfát belép az oxidatív fázisba ezen termékek előállítása érdekében., A két molekula iránti nagy igényű sejtek esetében a vizsgálatok kimutatták, hogy csak az oxidatív fázis fordul elő. Itt előfordulhat, hogy az út nem oxidatív fázisa nem történik meg.
ebben a reakcióban egyetlen glükóz-6-foszfát molekula (vízmolekula és NADP+ jelenlétében) két (2) NADPH molekulát és egy ribulóz 5-foszfát molekulát termel. Ezen reakciók egyéb termékei közé tartoznak a hidrogénionok és a szén-dioxid.,
az oxidatív fázisban részt vevő enzimek közé tartozik a glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz (a NADPH előállításáért felelős), a laktonáz (a 6-foszfoglukonát előállításában részt vevő), valamint a 6-foszfoglukonát-dehidrogenáz, amely részt vesz a ribulóz 5-foszfát és a NADPH további molekulájának előállításában.
egy cellához ribóz-5-foszfát szükséges – abban az esetben, ha a cellához nagyobb mennyiségű ribóz-5-foszfát szükséges, mint a NADPH, (pl., sejtek, amelyek alá a sejtosztódás, így kell megismételni a nukleinsav -), a glükóz-6-foszfát belép a glycolytic utat készítsen fruktóz-6-foszfát, illetve glyceraldehyde 3-foszfát (GAP).
a két molekula ezután részt vesz a ribóz 5-foszfát előállításában a fordított nem oxidatív fázison keresztül. Az oxidatív fázist szintén megakadályozzák, ezért a NADPH nem keletkezik. Az előző forgatókönyvtől eltérően itt ATP-energiára van szükség 6 ribóz 5-foszfát molekula előállításához., Ezenkívül ADP és két (2) hidrogénion keletkezik.
* ebben a fázisban az ATP-nek át kell alakítania a fruktóz 6-foszfátot (amelyet a glikolitikus folyamatban 6-foszfátból állítottak elő) fruktóz 1,6-biszfoszfáttá. Fruktóz 1,6-biszfoszfát, amelyet ezután gliceraldehid 3-foszfáttá (ribóz-5-foszfát) és dihidroxi-aceton-foszfáttá alakítanak át.,
Cell nagy mennyiségű NADPH – t igényel-a harmadik forgatókönyv az, amikor a cella nagyobb mennyiségű NADPH-t igényel, mint a ribóz 5-foszfát. Az ilyen sejtek jó példája a zsírsejtek (részt vesz a zsírsavak bioszintézisében). Itt a glükóz 6-foszfát először belép az oxidatív fázisba, hogy ribóz 5-foszfátot termeljen. Ezt követi a nem oxidatív fázis, amely fruktóz 6-foszfát és gliceraldehid 3-foszfát előállítását eredményezi.,
a nem oxidatív fázis két terméke ezután glükoneogenezis néven ismert eljárás révén glükóz 6-foszfáttá alakul. Itt érdemes megjegyezni, hogy az oxidatív fázisban a glükóz 6-foszfát vízmolekulát és NADP+ – t használ fel két molekula NADPH, szén-dioxid és két hidrogénion felszabadítására. Ezért a NADPH felszabadul az oxidatív fázisban.,
a nem oxidatív fázis lehetővé teszi az előállított ribóz 5-foszfát átalakítását is glükóz 6-foszfáttá (újrahasznosítják), megismételve a folyamatot. Ennek eredményeként ez a folyamat elsősorban a sejt által megkövetelt nagy mennyiségű NADPH előállításában vesz részt.,
*, Míg az oxidatív fázis elegendő a termelés a szükséges NADPH, a nem-oxidatív fázis lehetővé teszi, hogy az újrahasznosítás a ribóz 5-foszfát a glükóz-6-foszfát
Cella igényel NADPH pedig az ATP – Mint ahogy az a forgatókönyv, ahol a sejt igényel nagy mennyiségű NADPH, ez a forgatókönyv magában foglalja mind az oxidatív, mind a nem-oxidatív fázis. A nem oxidatív fázis végtermékei azonban nem mennek keresztül glükoneogenezisen.,
az oxidatív fázisban a glükóz 6-foszfátot NADPH-ra és ribóz 6-foszfátra alakítják át. Ez a foszfát (ribóz 6-foszfát) ezután belép a nem oxidatív fázisba, hogy fruktóz 6-foszfátot és gliceraldehid 3-foszfátot termeljen. A kettő viszont belép a glikolitikus úton, ahol részt vesznek a piruvát és két ATP molekula előállításában.,
oxidatív és nem oxidatív fázisok
mint említettük, a pentóz-foszfát út két fő fázisa van. Kimutatták, hogy az út oxidatív fázisa különösen aktív az eukarióta sejtek többségében, és arra szolgál, hogy a glükóz 6-foszfátot NADPH-ra, ribulóz 5-foszfátra, valamint szén-dioxidra konvertálja.,
a nem oxidatív fázis viszont mindenütt jelen van, ahol a glikolízis intermedierjei ( fruktóz 6-foszfát és gliceraldehid 3-foszfát) metabolizálódnak ribóz 5-foszfát előállítására, amely a nukleinsavak szintéziséhez szükséges.
továbbá a ribóz részt vesz az aminosav-szintézis prekurzoraként szolgáló cukorfoszfátok előállításában is. Ez a szakasz a pentóz-foszfát út oxidatív és nem oxidatív fázisainak különböző lépéseire/szakaszaira összpontosít.,
Oxidatív Fázis
Amint említettük, az oxidatív szakasz a Pentose Foszfát Út, hogy a szórás, a glükóz molekula (glükóz-6-foszfát), s végül előállításához szükséges NADPH (egy redukáló anyag).,
az útvonal ezen szakasza számos fontos lépésből áll, amelyek a következők:
1.lépés – az oxidatív fázis ezen szakaszában a glükóz 6-foszfát-dehidrogenáz enzim NADP+ (univerzális elektron akceptor) jelenlétében átalakítja a glükóz 6-foszfátot 6 foszfoglukono Delta laktonná.
e reakció során a NADP+ molekula, amely elektron akceptor, két elektront fogad el a glükóz 6-foszfátból., Ennek eredményeképpen a NADP+ csökkentett formája (NADPH), valamint egy extra hidrogénion képződik. A két elektron felszabadításával a glükóz 6-foszfátot ezután 6-foszfoglukono-delta-laktonná alakítják át.
2.lépés – az oxidatív fázis második lépése a 6-foszfoglukono-delta-lakton dekarboxilezésre való felkészítése (a karboxilcsoport eltávolítása a molekulából)., Ahhoz, hogy ez megtörténjen, a molekulát először laktonáz (a hidrolízis reakciókban részt vevő fehérje) hatására hidratálják.
ez a reakció a 6-foszfoglukono-delta-laktont 6-foszfoglukonátná és hidrogénionná alakítja. Ebben a formában a molekula készen áll a dekarboxilezésre.
3.lépés – Ezután a 6 foszfoglukonát dekarboxiláción megy keresztül, hogy ribulóz 5-foszfátot (pentóz vagy 5 szénmolekula) képezzen., Ebben a reakcióban a 6-foszfoglukonát enzim részt vesz a 6-foszfoglukonát molekula dekarboxilezésében.
ez a reakció nemcsak a karboxilcsoport eltávolítását vonja maga után a molekulán (6-foszfoglukonát) szén-dioxid előállításához, hanem két elektron felszabadulását is, amelyeket a NADP+ elfogadott NADPH kialakításához. Itt a NADP + csökkentése a NADPH nettó növekedését eredményezi.,
4.lépés – az oxidatív fázis utolsó reakciója, amelyet általában izomerizációs reakciónak is neveznek, izomerképződést eredményez. E reakció során a foszfopentóz-izomeráz enzim felelős a ribulóz (ribulóz 5-foszfát) ribóz 5-foszfátvá történő átalakításáért.
* ezeknek a reakcióknak az aránya nagymértékben függ a sejt igényeitől., Hogy egy elektron donor szükséges a csökkentés oxidált vegyületek, NADPH nagyrészt előállított különböző redox reakciók, beleértve az reduktív bioszintézis (pl. a szintézis az ilyen molekulákat, mint a szteroid hormonok, zsírsavak, illetve a nem esszenciális aminosavak, stb.), méregtelenítés, valamint generáció a reaktív oxigén fajok stb. Itt a reakciók NADP+ – ot eredményeznek a NADPH csökkentése után.,
Általában az oxidatív szakasz a pentose foszfát út is képviselteti magát, a következőképpen:
Nem-Oxidatív Fázis Pentose Foszfát Út
végére az oxidációs szakasz egyetlen molekula glükóz-6-foszfát termel két molekula NADPH pedig egyetlen molekula ribóz 5-foszfát (egy pentose cukor). Mint már említettük, a NADPH és a ribózcukor különböző funkciókkal rendelkezik.,
Mivel NADPH használt különböző folyamatok, beleértve a bioszintézis a különböző makromolekulák, méregtelenítés, többek között, a ribóz cukor, másrészt létrehozásához használt különböző nukleotid-alapú molekulák (DNS, RNS, HÓBORT, valamint CoA, stb.).
általában a test sejtjei több NADPH-ot igényelhetnek, mint a ribóz 5-foszfát, mivel sokkal több sejtfolyamat igényli ezt a molekulát., Ezért a ribóz 5-foszfát molekulák egy részét újrahasznosítják glükóz 6-foszfát előállítására, amely ezután újra beléphet az oxidatív fázisba annak érdekében, hogy több NADPH-ot termeljen. Ezek a reakciók (amelyek részt vesznek a ribóz 5-foszfát újrahasznosításában) a nem oxidatív fázisban fordulnak elő.,
mint az oxidatív fázis esetében, a nem oxidatív fázis 4 fő szakaszra/lépésre osztható, amelyek magukban foglalják:
1.lépés-a nem oxidatív fázis első szakaszában két fő reakció van, amelyek végül xilulóz 5 – foszfát termelését eredményezik. Az első reakció során a foszfopentóz-izomeráz részt vesz a ribóz 5-foszfát ribulóz 5-foszfátvá történő átalakításában.,
ez a Foszfopentóz epimeráz második reakciója során Xilulóz 5-foszfáttá alakul. Tekintettel arra, hogy ez a lépés két ribóz 5-foszfát molekulával kezdődik, a végtermékek két xilulóz 5-foszfát molekula.,
2. Lépés – a második szakaszban a nem-oxidatív fázis, egyetlen molekula Xylulose 5-foszfát (első lépés) egyesíti egyetlen molekula ribóz 5-foszfát jelenlétében az enzim transketolase formában Sedoheptulose 7-foszfát, illetve Glyceraldehyde 3-foszfát. Ez a reakció egy tiamin-pirofoszfát néven ismert társtényezőtől függ.,
ennek a társtényezőnek a jelenlétében az enzim (transzketoláz) eltávolít egy két széncsoportot, amely a Xilulóz 5-foszfáton helyezkedik el, és hozzáadja a ribóz 5-foszfáthoz. Ez egy hét szénmolekula (Sedoheptulose 7-foszfát) és egy három szénmolekula (gliceraldehid 3-foszfát) előállítását eredményezi.,
3.lépés – a harmadik lépésben a második lépésben előállított két molekulát erythrose 4-foszfát és fruktóz 6-foszfát előállítására használják. Itt egy transzaldoláz néven ismert enzim vesz részt egy három széncsoportnak a Szedoheptulóz 7-foszfátból a gliceraldehid 3-foszfátba történő átvitelében.,
a folyamat során a Sedoheptulóz 7-foszfátot erythrose 4-foszfáttá alakítják át, míg a gliceraldehid 3-foszfátot fruktóz 6-foszfáttá alakítják.
4.lépés – a nem oxidatív fázis negyedik lépése az utolsó lépés. Ebben a lépésben az erythrose 4-foszfátot egy Xilulóz 5-foszfát molekulával (az 1. lépéstől) kombináljuk fruktóz 6-foszfátig és gliceraldehid 3-foszfátig.,
ezt a reakciót a transzketoláz enzim katalizálja, és magában foglalja a két széncsoport xilulóz 5-foszfáton történő átvitelét az erythrose 4-foszfátra. Ennek eredményeként az erythrose 4-foszfátot fruktóz 6-foszfáttá alakítják, míg a xilulóz 5-foszfátot gliceraldehid 3-foszfáttá (résbe) alakítják át.,
* ezért általában a nem oxidatív fázis egésze arra szolgál, hogy az oxidatív fázisból a ribóz 5-foszfátot fruktóz 6-foszfátra és gliceraldehid 3-foszfátra konvertálja, amelyek glikolítikus intermedierek a glükóz 6-foszfát előállításában.
mint korábban említettük, ennek a fázisnak a fő funkciója (nem oxidatív) a ribóz 5-foszfát glükóz 6-foszfátná történő újrahasznosítása., Ezért, ha nagy a kereslet a NADPH iránt, ez a fázis fontos szerepet játszik a ribóz újrahasznosításában olyan intermedierek előállításához, amelyeket viszont glükóz 6-foszfát előállítására használnak. A glükóz ezután belép az oxidatív fázisba, hogy két NADPH molekulát és egy ribóz 5-foszfátot termeljen a ciklus folytatásakor.
a nem oxidatív fázis a következőképpen ábrázolható:
visszatérés mi a celluláris metabolizmus?,
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 és Shawn O. Farrell. (1991). Biokémia.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano és Andrea Perra. (2017). A pentóz-foszfát út feltörekvő szerepe a hepatocelluláris karcinómában.
