Definition
även känd som pentosfosfat shunt, Pentosfosfat Pathway (PPP) är en av de metaboliska vägarna (de andra är glykolys och Krebs cykel) som specifikt tjänar till att producera NADPH (reducerat nikotinamidadenindinukleotidfosfat är en reducerad form av NADP+) och ribos 5-trifosfat (R5P).,
produkter från pentosfosfatvägen är väsentliga för normal cellfunktion och proliferation, vilket gör PPP till en av de viktigaste metaboliska processerna i olika organismer.
* viktigt för syntesen av olika organiska molekyler (icke-essentiella aminosyror, steroler och fettsyror etc)., NADPH är också involverad i omvandlingen av oxiderad glutation till glutation, en process som bidrar till cellulära antioxidantskydd.
* I de flesta organismer förekommer pentosfosfatvägen i cytosolen (det är där de flesta enzymer som är involverade i processerna finns). I växter förekommer emellertid några av stegen i vägen i plastiderna.,
mekanism
för de flesta organismer har metaboliska vägar visat sig förekomma i cytosolen (cytoplasmatisk matris / cytoplasma) där majoriteten av associerade enzymer finns. I vissa organismer (växter, parasiter, protozoer, etc), men några av stegen i vägen förekommer i några av de organeller som glykosomer, den endoplasmatiska retikulum, och plastider.
generellt kan pentosfosfatvägen ses som en väg som grenar sig från glykolys., Under glykolys omvandlas glukos, en 6-kolmolekyl, till glukos-6-fosfat genom tillsats av en fosfatgrupp.
detta sker genom en process som kallas fosforylering. Här är hexokinas (eller glukokinas i vissa fall) involverat i tillsatsen av fosfatgruppen till det sjätte kolet av glukos.,
produktionen av glukos-6-fosfat betraktas vanligen som det viktigaste steget / fasen av ämnesomsättningen med tanke på att det är konvergenspunkten för alla metaboliska vägar inklusive glykogensyntes, glykolys och Pentosfosfatväg. För att alla dessa processer ska inträffa måste detta steg inträffa.
efter produktionen av glukos-6-fosfat är det sätt på vilket pentosfosfatvägen fortskrider i stor utsträckning beroende av cellens behov., Av denna anledning, innan du tittar på vägen i detalj, är det viktigt att överväga flera scenarier (när det gäller cellulära behov) och deras inverkan på vägen.
Cell kräver både ribose 5-fosfat och NADPH – i ett scenario där cellen kräver både Ribose 5-fosfat och NADPH.både ribos-5-fosfat och NADPH, då glukos-6-fosfat kommer in i oxidationsfasen för att producera dessa produkter., För celler med hög efterfrågan på de två molekylerna har studier visat att endast den oxidativa fasen uppträder. Här kan den icke-oxidativa fasen av vägen inte äga rum.
I denna reaktion producerar en enda molekyl glukos-6-fosfat (i närvaro av en vattenmolekyl och NADP+) två (2) molekyler av NADPH och en enda molekyl av ribulos 5-fosfat. Andra produkter av dessa reaktioner inkluderar vätejoner och koldioxid.,
några av de enzymer som är involverade i den oxidativa fasen innefattar glukos 6-fosfatdehydrogenas (ansvarig för produktionen av NADPH), laktonas (involverad i produktionen av 6-fosfoglukonat) och 6-fosfoglukonatdehydrogenas som är involverat i produktionen av ribulos 5-fosfat och en ytterligare molekyl av NADPH.
en cell kräver ribos-5-fosfat-i ett fall där cellen kräver högre mängder ribos 5-fosfat än NADPH, (t. ex., celler som är på väg att genomgå celldelning och därmed måste replikera nukleinsyran), glukos 6-fosfat kommer in i glykolytiska vägen för att producera fruktos 6-fosfat och glyceraldehyd 3-fosfat (GAP).
de två molekylerna är sedan involverade i produktionen av ribos 5-fosfat genom den omvända icke-oxidativa fasen. Den oxidativa fasen förhindras också från att äga rum och därför produceras inte NADPH. Till skillnad från det tidigare scenariot krävs ATP-energi här för att generera 6 ribos 5-fosfatmolekyler., Dessutom produceras ADP och två (2) vätejoner.
* I denna fas krävs ATP för att omvandla fruktos 6-fosfat (som producerades från glukos 6-fosfat i den glykolytiska processen) till fruktos 1,6 bisfosfat. Det är fruktos 1,6 bisfosfat som sedan omvandlas till glyceraldehyd 3-fosfat (GAP som är involverat i produktionen av ribos 5-fosfat) och dihydroxiacetonfosfat.,
Cell kräver höga mängder NADPH – det tredje scenariot är där cellen kräver högre mängder NADPH än ribos 5-fosfat. Ett bra exempel på sådana celler är fettceller (involverade i fettsyror biosyntes). Här går glukos 6-fosfat först in i den oxidativa fasen för att producera ribos 5-fosfat. Detta följs sedan av den icke-oxidativa fasen som resulterar i produktion av fruktos 6-fosfat och glyceraldehyd 3-fosfat.,
de två produkterna i den icke-oxidativa fasen omvandlas sedan till glukos 6-fosfat genom en process som kallas glukoneogenes. Här är det värt att notera att under den oxidativa fasen använder glukos 6-fosfat en vattenmolekyl och NADP+ för att frigöra två molekyler NADPH, koldioxid och två vätejoner. Därför frigörs NADPH under den oxidativa fasen.,
den icke-oxidativa fasen tillåter också att ribos 5-fosfat som producerades omvandlas tillbaka till glukos 6-fosfat (de återvinns) upprepa processen. Som ett resultat är denna process främst involverad i produktionen av höga mängder NADPH som krävs av cellen.,
* medan den oxidativa fasen är tillräcklig för framställning av den erforderliga NADPH, möjliggör den icke-oxidativa fasen för återvinning av ribos 5-fosfat till glukos 6-fosfat
Cell kräver NADPH och ATP – som är fallet med scenariot där cellen kräver höga mängder NADPH, involverar detta scenario både den oxidativa och icke-oxidativa fasen. Slutprodukterna i den icke-oxidativa fasen genomgår emellertid inte glukoneogenes.,
under den oxidativa fasen omvandlas glukos 6-fosfat till NADPH och ribos 6-fosfat. Detta fosfat (ribos 6-fosfat) går sedan in i den icke-oxidativa fasen för att producera fruktos 6-fosfat och glyceraldehyd 3-fosfat. I sin tur går de två in i den glykolytiska vägen där de är involverade i produktionen av pyruvat och två molekyler av ATP.,
oxidativa och icke-oxidativa faser
som nämnts finns det två huvudfaser av pentosfosfatvägen. Den oxidativa fasen av vägen har visat sig vara särskilt aktiv i de flesta eukaryota celler och tjänar till att omvandla glukos 6-fosfat till NADPH, ribulos 5-fosfat samt koldioxid.,
den icke-oxidativa fasen har å andra sidan visat sig vara allestädes närvarande där intermediärer av glykolys ( fruktos 6-fosfat och glyceraldehyd 3-fosfat) metaboliseras för att producera ribos 5-fosfat som krävs för syntesen av nukleinsyror.
dessutom är ribosen också involverad i produktionen av sockerfosfater som fungerar som föregångare till aminosyrasyntes. Detta avsnitt kommer att fokusera på de olika stegen/stegen i både oxidativa och icke-oxidativa faser av pentosfosfatvägen.,
oxidativ fas
som nämnts är den oxidativa fasen av pentosfosfatvägen att oxidera glukosmolekylen (glukos 6-fosfat) och slutligen producera den välbehövliga NADPH (ett reduktionsmedel).,
denna fas av vägen består av flera viktiga steg som inkluderar:
Steg 1 – i detta steg av den oxidativa fasen, enzymet glukos 6-fosfatdehydrogenas, i den oxidativa fasen, i den oxidativa fasen.närvaron av NADP+ (en universell elektron acceptor), omvandlar glukos 6-fosfat till 6 fosfoglukono delta lakton.
under denna reaktion accepterar NADP+-molekylen, som är en elektronacceptor, två elektroner från glukos 6-fosfat., Som ett resultat bildas en reducerad form av NADP+ (NADPH) samt en extra vätejon. Genom att frigöra de två elektronerna omvandlas glukos 6-fosfat till 6-fosfoglukono-delta-lakton.
steg 2 – det andra steget i oxidationsfasen syftar till att förbereda 6-steget.fosfoglukono-delta-lakton för dekarboxylering (avlägsnande av karboxylgruppen från molekylen)., För att detta ska inträffa hydreras molekylen först under påverkan av laktonas (ett protein som är involverat i hydrolysreaktioner).
denna reaktion omvandlar 6-fosfoglukono-delta-lakton till 6 fosfoglukonat och en vätejon. I denna form är molekylen redo för dekarboxylering.
steg 3 – då genomgår 6-fosfoglukonatet dekarboxylering för att bilda ribulos 5-fosfat (en pentos eller 5-kolmolekyl)., I denna reaktion är enzymet 6-fosfoglukonat involverat i dekarboxyleringen av 6-fosfoglukonatmolekylen.
denna reaktion innebär inte bara avlägsnandet av karboxylgruppen på molekylen (6-fosfoglukonat) för att producera koldioxid, men också frisättningen av två elektroner som accepteras av NADP+ för att bilda NADPH. Här resulterar minskningen av NADP+ i nettoökningen i NADPH.,
steg 4 – den sista reaktionen i den oxidativa fasen, även vanligen kallad en isomeriseringsreaktion, resulterar i bildandet av en isomer. Under denna reaktion är enzymet fosfopentosisomeras ansvarigt för omvandling av ribulos (ribulos 5-fosfat) till ribos 5-fosfat.
* hastigheten vid vilken dessa reaktioner uppträder beror till stor del på cellens behov., Som en elektrondonator som krävs för reduktion av oxiderade föreningar, produceras NADPH i stor utsträckning för en rad redoxreaktioner inklusive reduktiv biosyntes (t.ex. i syntesen av sådana molekyler som steroidhormoner, fettsyror och icke-essentiella aminosyror etc.), avgiftning samt generering av reaktiva syrearter etc. Här ger reaktionerna NADP + efter minskningen av NADPH.,
I allmänhet kan den oxidativa fasen av pentosfosfatvägen representeras enligt följande:
icke-oxidativ fas av Pentosfasen fosfatväg
vid slutet av oxidationsfasen producerar en enda molekyl glukos 6-fosfat två molekyler NADPH och en enda molekyl ribos 5-fosfat (en pentossocker). Som nämnts har NADPH och ribossocker olika funktioner.,
medan NADPH används för en rad processer inklusive biosyntes av olika makromolekyler och avgiftning bland annat ribossockret, å andra sidan, används för att generera olika nukleotidbaserade molekyler (DNA, RNA, FAD och CoA, etc).
I allmänhet kan kroppens celler kräva mer NADPH än ribos 5-fosfat eftersom det finns många fler cellprocesser som kräver denna molekyl., Av denna anledning återvinns några av ribos 5-fosfatmolekylerna för att producera glukos 6-fosfat som sedan kan åter komma in i oxidativ fas för att producera mer NADPH. Dessa reaktioner (involverade i återvinning av ribos 5-fosfat) uppträder i den icke-oxidativa fasen.,
som är fallet med den oxidativa fasen, kan den icke-oxidativa fasen delas in i 4 huvudsteg/steg som inkluderar:
Steg 1 – under den första etappen av den icke-oxidativa fasen.oxidativ fas, det finns två huvudreaktioner som i slutändan resulterar i produktion av xylulos 5-fosfat. Under den första reaktionen är fosfopentosisomeras involverat i omvandlingen av ribos 5-fosfat till ribulos 5-fosfat.,
detta är omvandlingen till Xylulos 5-fosfat under den andra reaktionen med fosfopentosepimeras. Med tanke på att detta steg börjar med två molekyler av ribos 5-fosfat, är slutprodukterna två molekyler av Xylulos 5-fosfat.,
steg 2 – under den andra etappen av den icke-oxidativa fasen kombineras en enda molekyl av Xylulos 5-fosfat (från det första steget) med en enda molekyl av ribos 5-fosfat i närvaro av enzymet transketolas för att bilda Sedoheptulos 7-fosfat och glyceraldehyd 3-fosfat. Denna reaktion är beroende av en kofaktor som kallas tiaminpyrofosfat.,
I närvaro av denna kofaktor avlägsnar enzymet (transketolas) en två kolgrupp belägen på Xylulos 5-fosfat och lägger den på ribos 5-fosfat. Detta resulterar i produktion av en sju kolmolekyl (sedoheptulos 7-fosfat) och en tre kolmolekyl (glyceraldehyd 3-fosfat).,
steg 3 – under det tredje steget används de två molekyler som produceras under det andra steget för att producera erytrosfos 4-fosfat och fruktos 6-fosfat. Här är ett enzym som kallas transaldolas involverat i överföringen av en tre kolgrupp från sedoheptulos 7-fosfat på glyceraldehyd 3-fosfat.,
I processen omvandlas Sedoheptulos 7-fosfat till erytros 4-fosfat medan glyceraldehyd 3-fosfat omvandlas till fruktos 6-fosfat.
steg 4 – det fjärde steget i den icke-oxidativa fasen är det sista steget. I detta steg kombineras erytros 4-fosfat med en molekyl Xylulos 5-fosfat (från steg 1) för att bilda fruktos 6-fosfat och glyceraldehyd 3-fosfat.,
denna reaktion katalyseras av enzymet transketolas och innebär överföring av de två kolgrupperna på xylulos 5-fosfat på erytros 4-fosfat. Som ett resultat omvandlas erytros 4-fosfat till fruktos 6-fosfat medan xylulos 5-fosfat omvandlas till glyceraldehyd 3-fosfat (GAP).,
* därför tjänar den icke-oxidativa fasen som helhet i allmänhet att omvandla ribos 5-fosfat från den oxidativa fasen till fruktos 6-fosfat och glykeraldehyd 3-fosfat som är glykolytiska intermediärer som är involverade i produktionen av glukos 6-fosfat.
som tidigare nämnts är huvudfunktionen i denna fas (icke-oxidativ) att återvinna ribos 5-fosfat till glukos 6-fosfat., Därför, där det finns en hög efterfrågan på NADPH, spelar denna fas en viktig roll vid återvinning av ribos för att producera mellanprodukter som i sin tur används för att bilda glukos 6-fosfat. Glukosen går sedan in i den oxidativa fasen för att producera två molekyler NADPH och ett enda ribos 5-fosfat när cykeln fortsätter.
den icke-oxidativa fasen kan representeras enligt följande:
återgå till vad som är cellulär metabolism?,
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 och Shawn O. Farrell. (1991). Biokemiska.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano och Andrea Perra. (2017). Framväxande roll av pentosfosfatvägen i hepatocellulärt karcinom.
