Definitie
, de Asemenea, cunoscut sub numele de pentoză-fosfat șunt, Fosfat Pentoză (PPP) este una dintre căile metabolice (celelalte fiind glicoliză și ciclul Krebs), care servește în mod special pentru a produce NADPH (Redus de nicotinamid-adenin-dinucleotid fosfat este o formă redusă NADP+) și riboza 5-trifosfat (R5P).,
Produse de Fosfat Pentoză sunt esențiale pentru funcționarea normală a celulelor și proliferarea făcând astfel PPP una dintre cele mai importante procese metabolice în organisme diferite.
* Riboza 5 fosfat este necesar pentru sinteza de acid nucleic în timp ce NADPH este esențială pentru sinteza de diferite molecule organice (aminoacizi non-esențiali, steroli și acizi grași etc.)., De asemenea, NADPH este implicat în conversia glutationului oxidat în glutation, un proces care contribuie la apărarea antioxidantă celulară.
* în majoritatea organismelor, calea fosfatului de pentoză apare în citosol (aici sunt localizate majoritatea enzimelor implicate în procese). În plante, cu toate acestea, unele dintre etapele căii apar în plastide.,
Mecanism
Pentru majoritatea organismelor, căi metabolice au fost afișate la loc în citosol (matrice citoplasmatică/citoplasma) în cazul în care majoritatea asociate enzime sunt situate. În unele organisme (plante, paraziți, protozoare, etc), Cu toate acestea, unele dintre etapele în calea apar în unele dintre organite ca glicozomi, reticulul endoplasmatic, și plastide.
în general, calea fosfatului de pentoză poate fi privită ca o cale care se ramifică din glicoliză., În timpul glicolizei, glucoza, o moleculă de 6-carbon, este transformată în glucoză-6-fosfat prin adăugarea unei grupări fosfat.
acest lucru are loc printr-un proces cunoscut sub numele de fosforilare. Aici, hexokinaza (sau glucokinaza în unele cazuri) este implicată în adăugarea grupării fosfat pe cel de-al șaselea carbon al glucozei.,
producția de glucoză-6-fosfat este de obicei considerată ca fiind cea mai importantă etapă/fază de metabolizare având în vedere că acesta este punctul de convergență pentru toate căile metabolice, inclusiv sinteza de glicogen, glicoliza, și Fosfat Pentoză. Pentru ca toate aceste procese să aibă loc, atunci acest pas trebuie să aibă loc.
în Urma producției de glucoză-6-fosfat, modul în care Fosfat Pentoză veniturile obținute depinde în mare măsură de nevoile celulei., Din acest motiv, înainte de a examina calea în detaliu, este important să luați în considerare mai multe scenarii (în ceea ce privește nevoile celulare) și impactul acestora asupra căii.
Celulă necesită atât riboza 5-fosfat și NADPH – Într-un scenariu în cazul în care celula necesită atât riboză-5-fosfat și NADPH, apoi glucoză-6-fosfat intră în faza de oxidare, în scopul de a produce aceste produse., Pentru celulele cu o cerere mare pentru cele două molecule, studiile au arătat că apare numai faza oxidativă. Aici, atunci, faza neoxidantă a căii poate să nu aibă loc.
În această reacție, o singură moleculă de glucoză-6-fosfat (în prezența de o moleculă de apă și NADP+) produce două (2) molecule de NADPH și a unei singure molecule de ribulozo 5-fosfat. Alte produse ale acestor reacții includ ionii de hidrogen și dioxidul de carbon.,
Unele dintre enzimele implicate în faza de oxidare includ glucoză 6-fosfat dehidrogenază (responsabil pentru producerea de NADPH), lactonase (implicat în producerea a 6-phosphogluconate), și 6-dehidrogenaza phosphogluconate care este implicată în producția de ribulozo 5-fosfat și o suplimentare de molecule de NADPH.
O celulă are nevoie de riboză-5-fosfat – în cazul În care celula necesită cantități mai mari de riboza 5 fosfat decât NADPH, (de ex., celulele care sunt pe cale să se supună diviziunea celulară și, astfel, trebuie să reproducă acid nucleic), glucoza 6-fosfat intră în glicolitice cale de a produce fructoză 6-fosfat gliceraldehid 3-fosfat (GAP).
cele două molecule sunt apoi implicate în producerea de riboză 5-fosfat prin faza neoxidantă inversă. Faza oxidativă este, de asemenea, împiedicată să aibă loc și, prin urmare, NADPH nu este produs. Spre deosebire de scenariul anterior, energia ATP este necesară aici pentru a genera 6 molecule de riboză 5-fosfat., În plus, se produc ADP și doi (2) ioni de hidrogen.
* În această fază, ATP-ul este necesar pentru a transforma fructoza 6-fosfat (care a fost produs de glucoză 6-fosfat în glicolitice proces) în fructoză 1,6 bifosfat. Este fructoză 1,6 bisfosfat care este apoi transformat în gliceraldehidă 3-fosfat (decalaj implicat în producerea de riboză 5-fosfat) și fosfat de dihidroxiacetonă.,
Celulă necesită cantități mari de NADPH – Al treilea scenariu este în cazul în care celula cere cantități mai mari de NADPH decât riboza 5 fosfat. Un bun exemplu de astfel de celule sunt celulele grase (implicate în biosinteza acizilor grași). Aici, glucoza 6-fosfat intră mai întâi în faza oxidativă pentru a produce riboză 5-fosfat. Aceasta este urmată apoi de faza neoxidantă care are ca rezultat producerea de fructoză 6-fosfat și gliceraldehidă 3-fosfat.,
cele două produse ale fazei neoxidante sunt apoi transformate în glucoză 6-fosfat printr-un proces cunoscut sub numele de gluconeogeneză. Aici, este de remarcat faptul că în timpul fazei oxidative, glucoza 6-fosfat utilizează o moleculă de apă și NADP+ pentru a elibera două molecule de NADPH, dioxid de carbon și doi ioni de hidrogen. Prin urmare, NADPH este eliberat în timpul fazei oxidative.,
faza neoxidantă permite, de asemenea, ca riboza 5-fosfat care a fost produsă să fie transformată înapoi în glucoză 6-fosfat (acestea sunt reciclate) repetând procesul. Ca urmare, acest proces este implicat în primul rând în producerea de cantități mari de NADPH, care este necesară de către celulă.,
* în Timp ce faza de oxidare este suficientă pentru producerea de NADPH necesar, non-oxidativ fază permite reciclarea riboza 5-fosfatului în glucoză 6-fosfat
Celulă necesită NADPH și ATP – Cum este cazul cu scenariu în cazul în care celula necesită cantități mari de NADPH, acest scenariu implică atât oxidativ și non-oxidativ fază. Cu toate acestea, produsele finale ale fazei neoxidante nu suferă gluconeogeneză.,
în timpul fazei oxidative, glucoza 6-fosfat este transformată în NADPH și riboză 6-fosfat. Acest fosfat (riboză 6-fosfat) intră apoi în faza neoxidantă pentru a produce fructoză 6-fosfat și gliceraldehidă 3-fosfat. La rândul lor, cei doi intră pe calea glicolitică unde sunt implicați în producerea de piruvat și două molecule de ATP.,
Oxidativ și Non-oxidativ Faze
așa Cum am menționat, există două faze principale de Fosfat Pentoză. Faza oxidativă a căii s-a dovedit a fi deosebit de activă în majoritatea celulelor eucariote și servește la transformarea glucozei 6-fosfat în NADPH, ribuloză 5-fosfat, precum și dioxid de carbon.,
non-oxidativ fază, pe de altă parte, s-a demonstrat a fi omniprezente în cazul în care intermediarii de glicoliza ( fructoză 6-fosfat gliceraldehid 3-fosfat) sunt metabolizate pentru a produce riboza 5-fosfat, care este necesar pentru sinteza acizilor nucleici.
mai mult, riboza este, de asemenea, implicată în producerea de fosfați de zahăr care servesc ca precursori ai sintezei aminoacizilor. Această secțiune se va concentra pe diferitele etape / etape ale fazelor oxidative și neoxidante ale căii fosfatului de pentoză.,
Oxidativ Faza
așa Cum am menționat, faza de oxidare de Fosfat Pentoză este de a oxida moleculă de glucoză (glucoza 6-fosfat) și produce în cele din urmă mult-nevoie de NADPH (agent reducător).,
Această fază a căii constă din mai multe etape importante, care includ:
Pasul 1 – In acest pas din faza de oxidare, enzima glucoză 6-fosfat dehidrogenază, în prezența NADP+ (universal acceptor de electroni), transformă glucoza 6-fosfat în 6 phosphoglucono delta lactona.
în timpul acestei reacții, molecula NADP+, care este un acceptor de electroni, acceptă doi electroni din glucoza 6-fosfat., Ca rezultat, se formează o formă redusă de NADP+ (NADPH), precum și un ion suplimentar de hidrogen. Prin eliberarea celor doi electroni, glucoza 6-fosfat este apoi transformată în 6-fosfoglucono-delta-lactonă.
Pasul 2 – Al doilea pas din faza de oxidare are ca scop pregătirea 6-phosphoglucono-delta-lactona pentru decarboxilare (îndepărtarea grupării carboxil din moleculă)., Pentru aceasta, molecula este mai întâi hidratată sub influența lactonazei (o proteină implicată în reacțiile de hidroliză).
această reacție transformă 6-fosfoglucono-delta-lactona în 6 fosfogluconat și un ion de hidrogen. În această formă, molecula este gata pentru decarboxilare.
Pas 3 – Apoi, la 6 phosphogluconate suferă o decarboxilare la forma ribulozo 5-fosfat (o pentoză sau 5 carbon în moleculă)., În această reacție, enzima 6-fosfogluconat este implicată în decarboxilarea moleculei 6-fosfogluconat.
această reacție implică nu numai îndepărtarea grupării carboxil pe moleculă (6-fosfogluconat) pentru a produce dioxid de carbon, ci și eliberarea a doi electroni care sunt acceptați de NADP+ pentru a forma NADPH. Aici, reducerea NADP + are ca rezultat creșterea netă a NADPH.,
Pasul 4 – ultima reacție din faza de oxidare, de asemenea, frecvent menționate ca o reacție de izomerizare, duce la formarea unui izomer. În timpul acestei reacții, enzima fosfopentoză izomerază este responsabilă pentru transformarea ribulozei (ribuloză 5-fosfat) în riboză 5-fosfat.
* rata la care apar aceste reacții depind în mare măsură de nevoile celulei., Fiind un donator de electroni necesar pentru reducerea compușilor oxidați, NADPH este produs în mare parte pentru o serie de reacții redox, inclusiv biosinteza reductivă (de exemplu, în sinteza moleculelor precum hormonii steroizi, acizii grași și aminoacizii neesențiali etc.), detoxifierea, precum și generarea de specii reactive de oxigen etc. Aici, reacțiile produc NADP+ în urma reducerii NADPH.,
în General, faza de oxidare de fosfat pentoză poate fi reprezentat după cum urmează:
Non-Oxidativ Faza de Fosfat Pentoză
Până la sfârșitul faza de oxidare, o singură moleculă de glucoză 6-fosfat produce două molecule de NADPH și o singură moleculă de riboză 5-fosfat (o pentoză zahăr). După cum am menționat, zahărul NADPH și riboza au funcții diferite.,
Întrucât NADPH este folosit pentru o gamă largă de procese, inclusiv biosinteza a diferite macromolecule și detoxifiere, printre altele, zahăr riboză, pe de altă parte, este folosit pentru a genera diferite de nucleotide pe baza de molecule (ADN, ARN, FAD, și CoA, etc).
în general, celulele corpului pot necesita mai mult NADPH decât riboza 5-fosfat, având în vedere că există multe alte procese celulare care necesită această moleculă., Din acest motiv, unele dintre moleculele de riboză 5-fosfat sunt reciclate pentru a produce glucoză 6-fosfat, care poate apoi reintra în faza oxidativă pentru a produce mai mult NADPH. Aceste reacții (implicate în reciclarea ribozei 5-fosfat) apar în faza neoxidantă.,
Cum este cazul cu faza de oxidare, non-oxidativ etapă poate fi împărțită în 4 etape principale/etape care includ:
Pasul 1 – în prima etapă a non-oxidativ fază, există două reacții care în cele din urmă duce la producerea de xylulose 5-fosfat. În timpul primei reacții, izomeraza fosfopentozei este implicată în conversia ribozei 5-fosfat în ribuloză 5-fosfat.,
Acesta este transformat într-Xylulose 5-fosfat în cea de-a doua reacție de phosphopentose epimerază. Având în vedere că această etapă începe cu două molecule de riboză 5-fosfat, produsele finale sunt două molecule de xiluloză 5-fosfat.,
Pasul 2 – în a doua etapă de non-oxidativ fază, o singură moleculă de Xylulose 5-fosfat (de la primul pas) se combină cu o moleculă de riboză 5-fosfat în prezența transketolazei pentru a forma Sedoheptulose 7-fosfat Gliceraldehid 3-fosfat. Această reacție depinde de un co-factor cunoscut sub numele de pirofosfat de tiamină.,
În prezența co-factor, enzima (transketolase) elimină două carbon grup situat pe Xylulose 5-fosfat și adaugă-l pe riboza 5 fosfat. Aceasta are ca rezultat producerea unei molecule de carbon șapte (Sedoheptuloză 7-fosfat) și a unei molecule de carbon trei (gliceraldehidă 3-fosfat).,
Pasul 3 – în etapa a treia, cele două molecule produse în timpul al doilea pas sunt utilizate pentru a produce erythrose 4-fosfat și fructoză 6-fosfat. Aici, o enzimă cunoscută sub numele de transaldolază este implicată în transferul unei grupări de trei carbon din Sedoheptuloza 7-fosfat pe Gliceraldehida 3-fosfat.,
În acest proces, Sedoheptulose 7-fosfat este transformat în erythrose 4-fosfat în timp ce Gliceraldehid 3-fosfatul este convertit la fructoză 6-fosfat.
Pasul 4 – a patra etapă a fazei neoxidante este pasul final. În acest pas, erythrose 4-fosfat este combinat cu o moleculă de Xylulose 5-fosfat (de la pasul 1) pentru a forma fructoză 6-fosfat gliceraldehid 3-fosfat.,
Această reacție este catalizată de enzima transketolase și implică transferul de cele două grupuri de carbon pe xylulose 5-fosfat pe erythrose 4-fosfat. Ca urmare, erythrose 4-fosfat este transformată în fructoză 6-fosfat în timp ce xylulose 5-fosfat este transformat într-gliceraldehid 3-fosfat (GAP).,
* prin Urmare, în general, non-oxidativ faza ca un întreg servește pentru a converti riboza 5 fosfat de la faza de oxidare în fructoză 6-fosfat gliceraldehid 3-fosfat, care sunt glicolitice intermediari implicați în producția de Glucoză 6-fosfat.
așa Cum am menționat anterior, funcția principală a acestei faze (non-oxidativ) este de a recicla riboza 5-fosfatului în glucoză 6-fosfat., Prin urmare, în cazul în care există o cerere mare de NADPH, această fază joacă un rol important în reciclarea ribozei pentru a produce intermediari care, la rândul lor, sunt utilizați pentru a forma glucoză 6-fosfat. Glucoza intră apoi în faza oxidativă pentru a produce două molecule de NADPH și un singur riboză 5-fosfat pe măsură ce ciclul continuă.
non-oxidativ fază poate fi reprezentat după cum urmează:
Revenire la ceea ce este Metabolismul Celular?,
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 și Shawn O. Farrell. (1991). Biochimie.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano și Andrea Perra. (2017). Rolul emergent al căii de fosfat de pentoză în carcinomul hepatocelular.
