definicja
znany również jako bocznik fosforanowy pentozy, szlak fosforanowy (PPP) jest jednym ze szlaków metabolicznych (Pozostałe to cykl glikolizy i Krebsa), który specjalnie służy do produkcji NADPH (zredukowany fosforan dinukleotydu nikotynamidowo-adeninowego jest zredukowaną formą NADP+) i rybozy.5-trifosforan (R5P).,
produkty Szlaku Pentozofosforanu są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek i proliferacji, dzięki czemu PPP jest jednym z najważniejszych procesów metabolicznych w różnych organizmach.
* fosforan rybozy 5 jest wymagany do syntezy kwasu nukleinowego, podczas gdy NADPH jest niezbędny do syntezy różnych cząsteczek organicznych (nienasyconych aminokwasów, steroli i kwasów tłuszczowych itp.)., Ponadto NADPH bierze udział w konwersji utlenionego glutationu do glutationu, procesu, który przyczynia się do obrony przeciwutleniaczy komórkowych.
* u większości organizmów szlak Pentozofosforanu zachodzi w cytozolu (to właśnie tam znajduje się większość enzymów biorących udział w tych procesach). U roślin jednak niektóre etapy szlaku występują w plastydach.,
Mechanizm
u większości organizmów wykazano, że szlaki metaboliczne występują w cytozolu (matrycy cytoplazmatycznej / cytoplazmie), gdzie znajduje się większość powiązanych enzymów. W niektórych organizmach (rośliny, pasożyty, pierwotniaki, itp), Jednak niektóre z etapów w szlaku występują w niektórych organelles jak glikozomy, retikulum endoplazmatyczne i plastydów.
Ogólnie Rzecz Biorąc, szlak fosforanowy pentozy może być postrzegany jako szlak, który odgałęzia się od glikolizy., Podczas glikolizy glukoza, cząsteczka 6-węglowa, jest przekształcana w glukozo-6-fosforan przez dodanie grupy fosforanowej.
następuje to w procesie znanym jako fosforylacja. W tym przypadku heksokinaza (lub w niektórych przypadkach glukokinaza) bierze udział w dodawaniu grupy fosforanowej do szóstego węgla glukozy.,
produkcja glukozo-6-fosforanu jest powszechnie uważana za najważniejszy etap / fazę metabolizmu, biorąc pod uwagę, że jest punktem konwergencji dla wszystkich szlaków metabolicznych, w tym syntezy glikogenu, glikolizy i Szlaku Pentozofosforanu. Aby wszystkie te procesy miały miejsce, musi nastąpić ten krok.
po wytworzeniu glukozo-6-fosforanu sposób, w jaki przebiega szlak Pentozofosforanowy, jest w dużej mierze zależny od potrzeb komórki., Z tego powodu, przed przyjrzeniem się ścieżce w szczegółach, ważne jest, aby rozważyć kilka scenariuszy (w odniesieniu do potrzeb komórkowych) i ich wpływ na ścieżkę.
Komórka wymaga zarówno rybozo-5 – fosforanu, jak i NADPH-w scenariuszu, w którym komórka wymaga zarówno rybozo-5-fosforanu, jak i NADPH, następnie glukozo-6-fosforan wchodzi w fazę oksydacyjną w celu wytworzenia tych produktów., W przypadku komórek o dużym zapotrzebowaniu na dwie cząsteczki badania wykazały, że występuje tylko faza oksydacyjna. W tym przypadku faza nieutleniająca szlaku może nie mieć miejsca.
w reakcji tej pojedyncza cząsteczka glukozo-6-fosforanu (w obecności cząsteczki wody i NADP+) wytwarza dwie (2) cząsteczki NADPH i pojedynczą cząsteczkę rybulozy 5-fosforanu. Inne produkty tych reakcji to jony wodorowe i dwutlenek węgla.,
niektóre enzymy biorące udział w fazie oksydacyjnej obejmują dehydrogenazę 6-fosforanową glukozy (odpowiedzialną za produkcję NADPH), laktonazę (biorącą udział w produkcji 6-fosfoglukonianu) i dehydrogenazę 6-fosfoglukonianu, która bierze udział w produkcji 5-fosforanu rybulozy i dodatkową cząsteczkę NADPH.
Komórka wymaga rybozo-5-fosforanu-w przypadku, gdy komórka wymaga większych ilości rybozo-5-fosforanu niż NADPH (np., komórki, które mają podlegać podziałowi komórkowemu, a tym samym muszą replikować kwas nukleinowy), 6-fosforan glukozy wchodzi w Szlak glikolityczny, aby wytworzyć 6-fosforan fruktozy i 3-fosforan glicerolu (GAP).
dwie cząsteczki są następnie zaangażowane w produkcję rybozy 5-fosforanu przez odwrotną fazę nieutleniającą. Zapobiega się również zachodzeniu fazy utleniającej i dlatego NADPH nie jest wytwarzany. W przeciwieństwie do poprzedniego scenariusza, energia ATP jest potrzebna tutaj do wytworzenia 6 rybozowych cząsteczek 5-fosforanu., Ponadto powstają ADP i dwa (2) jony wodoru.
* w tej fazie ATP jest wymagane przekształcenie 6-fosforanu fruktozy (który został wyprodukowany z 6-fosforanu glukozy w procesie glikolitycznym) w 1,6 bisfosforan fruktozy. Jest to bisfosforan fruktozy 1,6, który następnie przekształca się w 3-fosforan glicerolu (Luka biorąca udział w produkcji 5-fosforanu rybozy) i fosforan dihydroksyacetonu.,
Komórka wymaga dużych ilości NADPH – trzeci scenariusz polega na tym, że komórka wymaga większych ilości NADPH niż 5-fosforan rybozy. Dobrym przykładem takich komórek są komórki tłuszczowe (biorące udział w biosyntezie kwasów tłuszczowych). Tutaj 6-fosforan glukozy najpierw wchodzi w fazę oksydacyjną, aby wytworzyć 5-fosforan rybozy. Następnie następuje faza nieutleniająca, w wyniku której powstaje 6-fosforan fruktozy i 3-fosforan glicerolu.,
dwa produkty fazy nieutleniającej są następnie przekształcane do 6-fosforanu glukozy w procesie znanym jako glukoneogeneza. W tym miejscu warto zauważyć, że w fazie oksydacyjnej 6-fosforan glukozy wykorzystuje cząsteczkę wody i NADP+ do uwolnienia dwóch cząsteczek NADPH, dwutlenku węgla i dwóch jonów wodorowych. Dlatego NADPH jest uwalniany w fazie oksydacyjnej.,
Faza nieutleniająca pozwala również na przekształcenie 5-fosforanu rybozy, który został wyprodukowany, z powrotem do 6-fosforanu glukozy (są one poddawane recyklingowi), powtarzając ten proces. W rezultacie proces ten bierze udział przede wszystkim w produkcji dużych ilości NADPH, które są wymagane przez komórkę.,
* podczas gdy faza oksydacyjna jest wystarczająca do produkcji wymaganego NADPH, Faza nieutleniająca pozwala na recykling 5-fosforanu rybozy do 6-fosforanu glukozy
Komórka wymaga NADPH i ATP-tak jak w przypadku scenariusza, w którym komórka wymaga dużych ilości NADPH, scenariusz ten obejmuje zarówno fazę oksydacyjną, jak i nieutleniającą. Jednak produkty końcowe fazy nieutleniającej nie podlegają glukoneogenezie.,
w fazie oksydacyjnej 6-fosforan glukozy jest przekształcany w NADPH i 6-fosforan rybozy. Ten fosforan (6-fosforan rybozy) wchodzi następnie w fazę nieutleniającą, aby wytworzyć 6-fosforan fruktozy i 3-fosforan glicerolu. Z kolei obie wchodzą w Szlak glikolityczny, gdzie biorą udział w produkcji pirogronianu i dwóch cząsteczek ATP.,
fazy oksydacyjne i Nieoksydacyjne
jak wspomniano, istnieją dwie główne fazy Szlaku fosforanu pentozy. Wykazano, że faza oksydacyjna szlaku jest szczególnie aktywna w większości komórek eukariotycznych i służy do konwersji 6-fosforanu glukozy do NADPH, 5-fosforanu rybulozy oraz dwutlenku węgla.,
Faza nieutleniająca, z drugiej strony, wykazano, że jest wszechobecna, gdzie półprodukty glikolizy ( 6-fosforan fruktozy i 3-fosforan glicerolu) są metabolizowane do produkcji 5-fosforanu rybozy, który jest wymagany do syntezy kwasów nukleinowych.
ponadto ryboza bierze również udział w produkcji fosforanów cukrowych, które służą jako prekursory syntezy aminokwasów. W tej sekcji skupimy się na różnych etapach / etapach zarówno oksydacyjnych, jak i nieutleniających faz Szlaku Pentozofosforanowego.,
Faza oksydacyjna
jak wspomniano, Faza oksydacyjna Szlaku fosforanu pentozy polega na utlenieniu cząsteczki glukozy (6-fosforanu glukozy) i ostatecznie wytworzeniu bardzo potrzebny NADPH (środek redukujący).,
ta faza ścieżki składa się z kilku ważnych kroków, które obejmują:
krok 1 – na tym etapie fazy oksydacyjnej enzym dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej, w obecności NADP+ (uniwersalnego akceptora elektronów), przekształca 6-fosforan glukozy w 6 fosfoglukon Delta laktonu.
podczas tej reakcji cząsteczka NADP+, która jest akceptorem elektronów, przyjmuje dwa elektrony z 6-fosforanu glukozy., W rezultacie powstaje zredukowana forma NADP+ (NADPH), a także dodatkowy jon wodorowy. Uwalniając dwa elektrony, glukoza 6-fosforan jest następnie przekształcany w 6-fosfoglukono-delta-lakton.
etap 2 – drugi etap fazy oksydacyjnej ma na celu przygotowanie 6-fosfoglukono-Delta-laktonu do dekarboksylacji (usunięcia grupy karboksylowej z cząsteczki)., W tym celu cząsteczka jest najpierw uwodniona pod wpływem laktonazy (białka biorącego udział w reakcjach hydrolizy).
reakcja ta przekształca 6-fosfoglukonian-delta-lakton w 6 fosfoglukonian i Jon wodorowy. W tej postaci cząsteczka jest gotowa do dekarboksylacji.
krok 3 – Następnie 6 fosfoglukonian ulega dekarboksylacji, tworząc rybulozę 5-fosforan (pentozę lub 5 cząsteczkę węgla)., W reakcji tej enzym 6-fosfoglukonian bierze udział w dekarboksylacji cząsteczki 6-fosfoglukonianu.
reakcja ta pociąga za sobą nie tylko usunięcie grupy karboksylowej na cząsteczce (6-fosfoglukonian) w celu wytworzenia dwutlenku węgla, ale także uwolnienie dwóch elektronów, które są akceptowane przez NADP+ do utworzenia NADPH. W tym przypadku redukcja NADP+ skutkuje wzrostem netto NADPH.,
Etap 4 – Ostatnia reakcja fazy oksydacyjnej, potocznie nazywana również reakcją izomeryzacji, powoduje powstanie izomeru. Podczas tej reakcji enzym izomeraza fosfopentozowa jest odpowiedzialna za przekształcenie rybulozy (5-fosforanu rybulozy) w 5-fosforan rybozy.
* szybkość występowania tych reakcji w dużej mierze zależy od potrzeb komórki., Będąc donorem elektronów wymaganym do redukcji utlenionych związków, NADPH jest w dużej mierze produkowany dla szeregu reakcji redoks, w tym redukcyjnej biosyntezy (np. w syntezie takich cząsteczek jak hormony steroidowe, kwasy tłuszczowe i aminokwasy nieistotne itp.), detoksykacji, a także generowania reaktywnych form tlenu itp. Tutaj reakcje dają NADP+ po redukcji NADPH.,
Ogólnie rzecz biorąc, Faza oksydacyjna szlaku fosforanu pentozy może być reprezentowana w następujący sposób:
Faza nieutleniająca szlaku pentozofosforanowego
pod koniec fazy utleniania pojedyncza cząsteczka 6-fosforanu glukozy wytwarza dwie cząsteczki NADPH i pojedynczą cząsteczkę 5-fosforanu rybozy (cukier pentozowy). Jak wspomniano, NADPH i cukier rybozowy mają różne funkcje.,
podczas gdy NADPH jest używany do szeregu procesów, w tym biosyntezy różnych makrocząsteczek i detoksykacji, między innymi, cukier rybozy, z drugiej strony, jest używany do generowania różnych cząsteczek na bazie nukleotydów (DNA, RNA, FAD i CoA, itp.).
Ogólnie Rzecz Biorąc, komórki organizmu mogą wymagać więcej NADPH niż 5-fosforanu rybozy, biorąc pod uwagę, że istnieje o wiele więcej procesów komórkowych, które wymagają tej cząsteczki., Z tego powodu niektóre cząsteczki rybozy 5-fosforanowej są poddawane recyklingowi w celu wytworzenia 6-fosforanu glukozy, który może następnie ponownie wejść w fazę oksydacyjną w celu wytworzenia większej ilości NADPH. Reakcje te (biorące udział w recyklingu 5-fosforanu rybozy) zachodzą w fazie nieutleniającej.,
tak jak w przypadku fazy oksydacyjnej, fazę nieoksydacyjną można podzielić na 4 główne etapy/etapy, które obejmują:
Etap 1-w pierwszym etapie fazy nieutleniającej występują dwie główne reakcje, które ostatecznie prowadzą do produkcji 5 – fosforanu ksylulozy. Podczas pierwszej reakcji izomeraza fosfopentozy bierze udział w przemianie 5-fosforanu rybozy w 5-fosforan rybulozy.,
jest to przekształcony w 5-fosforan Ksylulozy podczas drugiej reakcji przez epimerazę fosfopentozy. Biorąc pod uwagę, że ten etap rozpoczyna się od dwóch cząsteczek 5-fosforanu rybozy, produktami końcowymi są dwie cząsteczki 5-fosforanu Ksylulozy.,
Etap 2-w drugim etapie fazy nieutleniającej pojedyncza cząsteczka 5-fosforanu Ksylulozy (od pierwszego etapu) łączy się z pojedynczą cząsteczką 5-fosforanu rybozy w obecności enzymu transketolazy, tworząc 7-fosforan Sedoheptulozy i 3-fosforan glicerolu. Reakcja ta jest zależna od współczynnika znanego jako Pirofosforan tiaminy.,
w obecności tego współczynnika enzym (transketolaza) usuwa dwie grupy węglowe znajdujące się na 5-fosforanie Ksylulozy i dodaje ją do 5-fosforanu rybozy. W wyniku tego powstaje siedem cząsteczek węgla (7-fosforan Sedoheptulozy) i trzy cząsteczki węgla (3-fosforan glicerolu).,
Etap 3 – podczas trzeciego etapu dwie cząsteczki wytworzone w drugim etapie są wykorzystywane do produkcji 4-fosforanu erytrozy i 6-fosforanu fruktozy. W tym przypadku enzym znany jako transaldolaza bierze udział w przenoszeniu trzech grup węglowych z 7-fosforanu Sedoheptulozy na 3-fosforan glicerolu.,
w procesie tym 7-fosforan Sedoheptulozy przekształca się w 4-fosforan erytrozy, podczas gdy 3-fosforan glicerolu przekształca się w 6-fosforan fruktozy.
Etap 4 – czwarty etap fazy nieutleniającej jest ostatnim etapem. W tym etapie 4-fosforan erytrozy łączy się z jedną cząsteczką 5-fosforanu Ksylulozy (od etapu 1), tworząc 6-fosforan fruktozy i 3-fosforan glicerolu.,
reakcja ta jest katalizowana przez enzym transketolazę i polega na przeniesieniu dwóch grup węglowych na 5-fosforan ksylulozy do 4-fosforanu erytrozy. W rezultacie 4-fosforan erytrozy przekształca się w 6-fosforan fruktozy, podczas gdy 5-fosforan ksylulozy przekształca się w 3-fosforan glicerolu (GAP).,
* dlatego, ogólnie rzecz biorąc, Faza nieutleniająca jako całość służy przekształceniu 5-fosforanu rybozy z fazy oksydacyjnej w 6-fosforan fruktozy i 3-fosforan glicerolu, które są półproduktami glikolitycznymi uczestniczącymi w produkcji 6-fosforanu glukozy.
jak wcześniej wspomniano, główną funkcją tej fazy (nieutleniającej) jest recykling 5-fosforanu rybozy do 6-fosforanu glukozy., Dlatego tam, gdzie istnieje duże zapotrzebowanie na NADPH, faza ta odgrywa ważną rolę w recyklingu rybozy do produkcji półproduktów, które z kolei są wykorzystywane do tworzenia 6-fosforanu glukozy. Następnie glukoza wchodzi w fazę oksydacyjną, wytwarzając dwie cząsteczki NADPH i pojedynczą 5-fosforan rybozy w trakcie cyklu.
Faza nieutleniająca może być reprezentowana w następujący sposób:
powrót do czym jest metabolizm komórkowy?,
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 i Shawn O. Farrell. (1991). Biochemia.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano i Andrea Perra. (2017). Rola Szlaku Pentozofosforanu w raku wątrobowokomórkowym.
