definitie
ook bekend als de pentosefosfaathunt, Pentosefosfaatroute (PPP) is een van de metabole routes (de andere zijn glycolyse en Krebs-cyclus) die specifiek dient om NADPH (gereduceerd nicotinamide-adeninedinucleotidefosfaat is een gereduceerde vorm van NADP+) en ribose te produceren 5-trifosfaat (R5P).,
producten van de Pentosefosfaatroute zijn essentieel voor het normale functioneren en de proliferatie van cellen, waardoor PPP een van de belangrijkste metabole processen in verschillende organismen is.
* Ribose 5 fosfaat is nodig voor de synthese van nucleïnezuren, terwijl NADPH is essentieel voor de synthese van verschillende organische moleculen (niet-essentiële aminozuren, sterolen, vetzuren, enz.)., Ook, is NADPH betrokken bij de omzetting van geoxideerde glutathione in glutathione, een proces dat tot cellulaire antioxidantafweer bijdraagt.
* in de meeste organismen vindt de Pentosefosfaatroute plaats in het cytosol (hier bevinden zich de meeste enzymen die betrokken zijn bij de processen). In installaties, echter, sommige stappen van de weg in de plastiden voorkomen.,
mechanisme
voor de meerderheid van de organismen zijn metabole routes aangetoond in het cytosol (cytoplasmatische matrix/cytoplasma) waar de meerderheid van de geassocieerde enzymen zich bevinden. In sommige organismen (planten, parasieten, protozoa, enz.), echter, sommige stappen in de weg voorkomen in sommige organellen zoals glycosomen, het endoplasmatische reticulum, en plastiden.
in het algemeen kan de Pentosefosfaatroute worden gezien als een route die aftakt van glycolyse., Tijdens de glycolyse wordt glucose, een 6-koolstofmolecuul, omgezet in glucose-6-fosfaat door de toevoeging van een fosfaatgroep.
dit gebeurt door een proces dat bekend staat als fosforylering. Hier is hexokinase (of glucokinase in sommige gevallen) betrokken bij de toevoeging van de fosfaatgroep aan de zesde glucose-koolstof.,
de productie van glucose-6-fosfaat wordt algemeen beschouwd als de belangrijkste stap/fase van het metabolisme, aangezien het het convergentiepunt is voor alle metabole routes, waaronder glycogeensynthese, glycolyse en Pentosefosfaatroute. Om al deze processen te laten plaatsvinden, moet deze stap plaatsvinden.
na de productie van glucose-6-fosfaat is de manier waarop de Pentosefosfaatroute verloopt grotendeels afhankelijk van de behoeften van de cel., Om deze reden, alvorens de weg in detail te bekijken, is het belangrijk om verscheidene scenario ‘ s (met betrekking tot cellulaire behoeften) en hun effect op de weg te overwegen.
cel vereist zowel ribose 5-fosfaat als NADPH – in een scenario waar de cel zowel ribose-5-fosfaat en NADPH vereist, dan glucose-6-fosfaat de oxidatieve fase ingaat om deze producten te produceren., Voor cellen met een hoge vraag naar de twee moleculen, hebben studies aangetoond dat alleen de oxidatieve fase optreedt. Hier, dan, kan de niet-oxidatieve fase van de weg niet plaatsvinden.
in deze reactie produceert één molecuul glucose-6-fosfaat (in aanwezigheid van een watermolecuul en NADP+) twee (2) moleculen NADPH en één molecuul ribulose-5-fosfaat. Andere producten van deze reacties zijn waterstofionen en kooldioxide.,
sommige enzymen die betrokken zijn bij de oxidatieve fase zijn glucose-6-fosfaatdehydrogenase (verantwoordelijk voor de productie van NADPH), lactonase (betrokken bij de productie van 6-fosfogluconaat) en 6-fosfogluconaatdehydrogenase, betrokken bij de productie van ribulose-5-fosfaat en een extra molecuul NADPH.
een cel vereist ribose-5-fosfaat – In een geval waarin de cel hogere hoeveelheden ribose-5-fosfaat vereist dan NADPH (bijv., cellen die op het punt staan om celdeling te ondergaan en dus het nucleïnezuur moeten herhalen), gaat het glucose-6-fosfaat de glycolytische weg in om fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP) te produceren.
de twee moleculen zijn dan betrokken bij de productie van ribose-5-fosfaat via de omgekeerde niet-oxidatieve fase. De oxidatieve fase wordt ook verhinderd en daarom wordt NADPH niet geproduceerd. In tegenstelling tot het vorige scenario, wordt de ATP-energie hier vereist om 6 ribose 5-fosfaatmolecules te produceren., Bovendien worden ADP en twee (2) ionen waterstof geproduceerd.
* in deze fase is ATP nodig om fructose-6-fosfaat (dat werd geproduceerd uit glucose-6-fosfaat in het glycolytische proces) om te zetten in fructose-1,6-bisfosfaat. Het is fructose 1,6 bisfosfaat dat vervolgens wordt omgezet in glyceraldehyde 3-fosfaat (GAP betrokken bij de productie van ribose 5-fosfaat) en dihydroxyaceton fosfaat.,
cel vereist hoge hoeveelheden NADPH – het derde scenario is waar de cel hogere hoeveelheden NADPH nodig heeft dan ribose 5-fosfaat. Een goed voorbeeld van dergelijke cellen zijn vetcellen (betrokken bij de biosynthese van vetzuren). Hier, glucose 6-fosfaat gaat eerst de oxidatieve fase in om ribose 5-fosfaat te produceren. Dit wordt dan gevolgd door de niet-oxidatieve fase die resulteert in de productie van fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat.,
de twee producten uit de niet-oxidatieve fase worden vervolgens omgezet in glucose-6-fosfaat door middel van een proces dat bekend staat als gluconeogenese. Hier, is het vermeldenswaard dat tijdens de oxidatieve fase, glucose 6-fosfaat een watermolecuul en NADP+ gebruikt om twee molecules van NADPH, kooldioxide, en twee waterstofionen vrij te geven. Daarom wordt NADPH vrijgegeven tijdens de oxidatieve fase.,
in de niet-oxidatieve fase kan het geproduceerde ribose-5-fosfaat ook worden omgezet in glucose-6-fosfaat (ze worden gerecycleerd), waarbij het proces wordt herhaald. Dientengevolge, is dit proces hoofdzakelijk betrokken bij de productie van hoge hoeveelheden NADPH die door de cel wordt vereist.,
* terwijl de oxidatieve fase voldoende is voor de productie van de vereiste NADPH, maakt de niet-oxidatieve fase recycling van ribose 5-fosfaat in glucose 6-fosfaat
cel vereist NADPH en ATP – zoals het geval is met het scenario waarin de cel hoge hoeveelheden NADPH vereist, omvat dit scenario zowel de oxidatieve als niet-oxidatieve fase. De eindproducten van de niet-oxidatieve fase ondergaan echter geen gluconeogenese.,
tijdens de oxidatieve fase wordt glucose-6-fosfaat omgezet in NADPH en ribose-6-fosfaat. Dit fosfaat (ribose 6-fosfaat) gaat dan de niet-oxidatieve fase in om fructose 6-fosfaat en glyceraldehyde 3-fosfaat te produceren. Beurtelings, gaan twee de glycolytic weg in waar zij bij de productie van pyruvate en twee molecules van ATP zijn betrokken.,
oxidatieve en niet-oxidatieve fasen
zoals vermeld, zijn er twee hoofdfasen van de Pentosefosfaatroute. De oxidatieve fase van de weg is getoond om bijzonder actief in de meerderheid van eukaryotic cellen te zijn en dient om glucose 6-fosfaat in NADPH, ribulose 5-fosfaat evenals kooldioxide om te zetten.,
de niet-oxidatieve fase is daarentegen alomtegenwoordig waar tussenproducten van de glycolyse ( fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat) worden gemetaboliseerd tot ribose-5-fosfaat dat nodig is voor de synthese van nucleïnezuren.
bovendien is de ribose ook betrokken bij de productie van suikerfosfaten die dienen als voorlopers van aminozuursynthese. Deze sectie zal zich richten op de verschillende stappen/stadia van zowel oxidatieve als niet-oxidatieve fasen van de pentose fosfaat route.,
oxidatieve fase
zoals vermeld, bestaat de oxidatieve fase van de Pentosefosfaatroute erin het glucosemolecuul (glucose-6-fosfaat) te oxideren en uiteindelijk de broodnodige NADPH (een reductiemiddel).,
Deze fase van het traject bestaat uit een aantal belangrijke stappen zijn:
Stap 1 In deze stap van de oxidatieve fase van het enzym glucose-6-fosfaat dehydrogenase, in de aanwezigheid van NADP+ (een universele elektron acceptor), zet glucose-6-fosfaat in 6 phosphoglucono delta-lacton.
tijdens deze reactie accepteert het NADP+-molecuul, dat een elektronenacceptor is, twee elektronen uit het glucose-6-fosfaat., Als gevolg hiervan wordt een gereduceerde vorm van NADP+ gevormd (NADPH) evenals een extra waterstofion. Door de twee elektronen vrij te geven, wordt glucose 6-fosfaat dan omgezet in 6-phosphoglucono-delta-lacton.
stap 2 – de tweede stap van de oxidatieve fase is gericht op het voorbereiden van het 6-fosfoglucono-delta-lacton voor decarboxylering (verwijdering van de carboxylgroep uit het molecuul)., Hiervoor wordt het molecuul eerst gehydrateerd onder invloed van lactonase (een eiwit dat betrokken is bij hydrolysereacties).
deze reactie transformeert het 6-fosfoglucono-delta-lacton in 6-fosfogluconaat en een waterstofion. In deze vorm is het molecuul klaar voor decarboxylatie.
stap 3 – Vervolgens ondergaat het 6-fosfogluconaat decarboxylering tot ribulose-5-fosfaat (een pentose-of 5-koolstofmolecuul)., In deze reactie is het enzym 6-fosfogluconaat betrokken bij de decarboxylatie van het molecuul 6-fosfogluconaat.
deze reactie omvat niet alleen de verwijdering van de carboxylgroep op het molecuul (6-fosfogluconaat) om kooldioxide te produceren, maar ook de afgifte van twee elektronen die door NADP+ worden geaccepteerd om NADPH te vormen. Hier resulteert de vermindering van NADP+ in de netto toename van NADPH.,
stap 4 – de laatste reactie van de oxidatieve fase, ook wel een isomerisatiereactie genoemd, resulteert in de vorming van een isomeer. Tijdens deze reactie is het enzym fosfopentose-isomerase verantwoordelijk voor het omzetten van de ribulose (ribulose 5-fosfaat) in ribose 5-fosfaat.
* De snelheid waarmee deze reacties optreden hangt grotendeels af van de behoeften van de cel., Als elektronendonor die voor de vermindering van geoxideerde samenstellingen wordt vereist, wordt NADPH grotendeels veroorzaakt voor een waaier van redoxreacties met inbegrip van reductieve biosynthese (b.v. in de synthese van dergelijke molecules zoals steroid Hormonen, vetzuren, en niet-essentiële aminozuren, enz.), ontgifting, evenals generatie van reactieve zuurstofspecies enz. Hier geven de reacties NADP + na de reductie van NADPH.,
in het Algemeen, de oxidatieve fase van de pentose fosfaat route kan als volgt worden weergegeven:
Non-Oxidatieve Fase van de Pentose Fosfaat Route
tegen het einde van de oxidatie fase, een enkel molecuul glucose-6-fosfaat produceert twee moleculen van NADPH en een enkel molecuul van ribose 5-fosfaat (een pentose suiker). Zoals vermeld, hebben NADPH en ribose suiker verschillende functies.,
terwijl NADPH wordt gebruikt voor een reeks processen, waaronder biosynthese van verschillende macromoleculen en ontgifting, wordt de ribose suiker daarentegen gebruikt om verschillende nucleotide-gebaseerde moleculen (DNA, RNA, FAD, en CoA, enz.) te genereren.
in het algemeen kunnen cellen van het lichaam meer NADPH nodig hebben dan ribose 5-fosfaat, aangezien er veel meer celprocessen zijn die dit molecuul vereisen., Om deze reden, worden sommige molecules van het ribose 5-fosfaat gerecycleerd om glucose 6-fosfaat te produceren dat dan de oxydatieve fase opnieuw kan ingaan om meer NADPH te produceren. Deze reacties (betrokken bij het recyclen van ribose-5-fosfaat) treden op in de niet-oxidatieve fase.,
Zoals het geval is met de oxidatieve fase, de niet-oxidatieve fase kan worden onderverdeeld in 4 fasen/stappen dat zijn:
Stap 1 – in de eerste fase van de niet-oxidatieve fase, zijn er twee belangrijke reacties die uiteindelijk resulteren in de productie van xylulose 5-fosfaat. Tijdens de eerste reactie is fosfopentose-isomerase betrokken bij de omzetting van ribose-5-fosfaat in ribulose-5-fosfaat.,
dit is de omzetting in Xylulose-5-fosfaat tijdens de tweede reactie door fosfopentose-epimerase. Aangezien deze stap met twee molecules van ribose 5-fosfaat begint, zijn de eindproducten twee molecules van Xylulose 5-fosfaat.,
stap 2 – tijdens de tweede fase van de niet-oxidatieve fase combineert een enkel molecuul Xylulose-5-fosfaat (vanaf de eerste stap) met een enkel molecuul ribose-5-fosfaat in aanwezigheid van het enzym transketolase tot Sedoheptulose-7-fosfaat en Glyceraldehyde-3-fosfaat. Deze reactie is afhankelijk van een co-factor die bekend staat als thiaminepyrofosfaat.,
in aanwezigheid van deze co-factor verwijdert het enzym (transketolase) een twee koolstofgroep op het Xylulose-5-fosfaat en voegt het toe aan het ribose-5-fosfaat. Dit resulteert in de productie van een zeven koolstofmolecuul (Sedoheptulose 7-fosfaat) en een drie koolstofmolecuul (Glyceraldehyde 3-fosfaat).,
stap 3 – tijdens de derde stap worden de twee in de tweede stap geproduceerde moleculen gebruikt voor de productie van erytrose-4-fosfaat en fructose-6-fosfaat. Hier is een enzym dat als transaldolase wordt bekend betrokken bij de overdracht van een drie koolstofgroep van het sedoheptulose 7-fosfaat op het Glyceraldehyde 3-fosfaat.,
tijdens het proces wordt het sedoheptulose-7-fosfaat omgezet in het erytrose-4-fosfaat, terwijl het Glyceraldehyde-3-fosfaat wordt omgezet in fructose-6-fosfaat.
stap 4 – de vierde stap van de niet-oxidatieve fase is de laatste stap. In deze stap, wordt het erythrose 4-fosfaat gecombineerd met één molecuul Xylulose 5-fosfaat (van stap 1) om fructose 6-fosfaat en glyceraldehyde 3-fosfaat te vormen.,
deze reactie wordt gekatalyseerd door het enzym transketolase en omvat de overdracht van de twee koolstofgroepen op xylulose-5-fosfaat op het erytrose-4-fosfaat. Hierdoor wordt het erytrose-4-fosfaat omgezet in fructose-6-fosfaat, terwijl het xylulose-5-fosfaat wordt omgezet in glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP).,
* in het algemeen dient de niet-oxidatieve fase als geheel om het ribose-5-fosfaat van de oxidatieve fase om te zetten in fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat, glycolytische tussenproducten die betrokken zijn bij de productie van Glucose-6-fosfaat.
zoals eerder vermeld, is de belangrijkste functie van deze fase (niet-oxidatief) het recyclen van ribose 5-fosfaat in glucose 6-fosfaat., Daarom, waar er een hoge vraag naar NADPH is, speelt deze fase een belangrijke rol in het recycleren van de ribose om tussenproducten te produceren die beurtelings worden gebruikt om glucose-6-fosfaat te vormen. De glucose gaat dan de oxydatieve fase in om twee molecules van NADPH en één enkele ribose 5-fosfaat te produceren aangezien de cyclus doorgaat.
De niet-oxidatieve fase kan als volgt worden weergegeven:
terugkeren naar wat is cellulair metabolisme?,
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 en Shawn O. Farrell. (1991). Biochemie.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano en Andrea Perra. (2017). Opkomende rol van de pentose Fosfaatweg in hepatocellulair carcinoom.
