Szlak pentozofosforanowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Szlak pentozofosforanowy (szlak heksozomonofosforanowy, szlak fosfoglukonianowy) – ciąg reakcji biochemicznych, podczas których glukozo-6-fosforan jest utleniany do rybulozo-5-fosforanu oraz wytwarzany jest NADPH. Głównym celem jest dostarczanie komórce NADPH niezbędnego do przeprowadzania reakcji redukcji w cytoplazmie oraz synteza pentoz. Reakcje szlaku zachodzą w cytozolu. Przede wszystkim w tkance tłuszczowej, gruczołach mlecznych i korze nadnerczy oraz cytoplazmie i plastydach komórek roślinnych. Opisane poniżej reakcje nazywane są oksydacyjnym szlakiem pentozofosforanowym. Te same enzymy wykorzystywane są w szlaku określanym jako redukcyjny szlak pentozofosforanowy służącego do odtworzenia z aldehydu fosfoglicerynowego rybulozo-1,5-bisfosforanu w fazie regeneracyjnej cyklu Calvina zachodzącego w fotosyntetyzujących komórkach roślinnych. Wykorzystanie tych samych enzymów w cyklach reakcji o różnym efekcie końcowym pokazuje swoistą oszczędność ewolucji.

Sumaryczna reakcja szlaku:

glukozo-6-fosforan + 2 NADP+ + H2O → rybozo-5-fosforan + 2 NADPH + 2 H+ + CO2

Przebieg szlaku[edytuj | edytuj kod]

W przebiegu szlaku pentozofosforanowego można wyróżnić dwie fazy. Pierwsza - faza oksydacyjna, podczas której powstaje NADPH oraz druga - faza nieoksydacyjna podczas której powstają pentozy oraz cukry o 3, 4 i 7 atomach węgla.

Faza oksydacyjna[edytuj | edytuj kod]

Podczas tej fazy glukozo-6-fosforan zostaje przekształcony w rybulozo-5-fosforan. Jednocześnie dwie cząsteczki NADP+ zostają zredukowanie do NADPH+H+.

Faza oksydacyjna szlaku pentozofosforanowego
Reakcje fazy oksydacyjnej
Substraty Produkty Enzym Opis
Glukozo-6-fosforan + NADP+ 6-fosfoglukono-δ-lakton + NADPH+H+ dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa Utlenienie. Grupa hydroksylowa przy węglu 1 zostaje przekształcona w grupę ketonową, jednocześnie powstaje NADPH+H+.
6-fosfoglukono-δ-lakton + H2O 6-fosfoglukonian + H+ 6-glukonolaktonaza Hydroliza
6-fosfoglukonian + NADP+ rybulozo-5-fosforan + NADPH+H+ + CO2 dehydrogenaza 6-fosfoglukonianowa Oksydacyjna dekarboksylacja. Przyjmując elektron NADP+ przekształca sie w następną cząsteczkę NADPH+H+. Jednocześnie 6-węglowy łańcuch zostaje skrócony do 5-węglowego.

Faza nieoksydacyjna[edytuj | edytuj kod]

Podczas tej fazy rybulozo-5-fosforan zostaje przekształcony w rybozo-5-fosforan lub ulega wieloetapowym przekształceniom w metabolity glikolizy.

Faza nieoksydacyjna szlaku pentozofosforanowego
Reakcje fazy nieoksydacyjnej
Substraty Produkty Enzym Opis
rybulozo-5-fosforan rybozo-5-fosforan izomeraza pentozofosforanowa Izomeryzacja
rybulozo-5-fosforan ksylulozo-5-fosforan epimeraza pentozofosforanowa Epimeryzacja
ksylulozo-5-fosforan + rybozo-5-fosforan aldehyd 3-fosfoglicerynowy + sedoheptulozo-7-fosforan transketolaza
sedoheptulozo-7-fosforan + aldehyd 3-fosfoglicerynowy erytrozo-4-fosforan + fruktozo-6-fosforan transaldolaza
ksylulozo-5-fosforan + erytrozo-4-fosforan aldehyd 3-fosfoglicerynowy + fruktozo-6-fosforan transketolaza

Reakcje tego etapu są odwracalne. Jeśli zapotrzebowanie w komórce na NADPH jest większe niż na rybozo-5-fosforan, zostaje on przekształcony we fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy, które są metabolitami glikolizy, zgodnie przedstawionymi reakcjami. Jeśli natomiast zapotrzebowanie na rybozo-5-fosforan jest znacznie większe niż na NADPH, transketolaza i transaldolaza przekształcają fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy, pobrane z glikolizy, w rybozo-5-fosforan.

Funkcje w metabolizmie[edytuj | edytuj kod]

Szlak pentozofosforanowy spełnia kilka funkcji w metabolizmie komórek:

  1. Rybulozo-5-fosforan jest zażywany do syntezy nukleotydów budujących RNA oraz jest prekursorem deoksyrobozy wchodzącej w skład nukleotydów budujących DNA
  2. NADPH służy jako reduktor w wielu reakcjach biosyntezy zachodzących w cytozolu. Bierze udział w syntezie steroidów w komórkach nadnerczy, jąder i jajników oraz w syntezie kwasów tłuszczowych w komórkach wątroby, tkance tłuszczowej i gruczołach mlecznych.
  3. W krwinkach czerwonych nie posiadających mitochondriów jest jedynym sposobem na wytworzenie siły redukcyjnej w postaci NADPH niezbędnej do redukowania glutationu i ochrony komórki przez stresem oksydacyjnym.
  4. W komórkach roślinnych erytrozo-4-fosforan bierze udział w syntezie aminokwasów aromatycznych, lignin, związków fenolowych i flawonoidów.
  5. W warunkach wysokiego zapotrzebowania na siłę redukcyjną (NADPH) i ATP zwiększa produkcję metabolitów glikolizy zwieszając wydajność tego procesu.

Szlak pentozofosforanowy a malaria[edytuj | edytuj kod]

Zauważono, że genetycznie uwarunkowany niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej występuje znacznie częściej u Amerykanów pochodzenia afrykańskiego (11%) niż Amerykanów pochodzących z innych kontynentów. Zostało wykazane że niedobór enzymu szlaku pentozofosforanowego jest czynnikiem chroniącym przed malarią. Pasożyt - Plasmodium falciparum - wywołujący chorobę do rozwoju potrzebuje glutationu, będącego metabolitem opisanego powyżej szlaku[1].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Metabolizm węglowodanów. W: B.D.Hames, N.M.Hooper: Krótkie wykłady. Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2004.
  • Szlak pentozofosforanowy i glukoneogeneza. W: Lubert Stryer: Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997. ISBN 83-01-12044-4.
  • Szlak pentozofosforanowy. W: Edward Bańkowski: Biochemia. Podręcznik dla studentów uczelni medycznych. Wrocław: Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, 2004. ISBN 83-89581-10-8.