Пут пентоза фосфата
Пут пентоза фосфата (енгл. Penthose phosphate pathway, PPP) је метаболички пут којим ћелије производе шећере са пет атома угљеника (пентозе) и редуковани никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADPH). Овај је метаболички пут паралелан гликолизи и деломично с њом повезан. Код већине организама пут пентоза фосфата се одвија у цитоплазми, једино се код биљака одвија у пластидима [1].
Ток овог метаболичког пута може бити подељен у две фазе: оксидативну и неоксидативну.
Најважнији метаболички продукти пута пентоза фосфата су:
- редукорани коензим NADPH. NADPH потом улази у различите процесе биосинтезе као нпр. масних киселина и холестерола,
- рибоза-5-фосфат, који улази у процесе синтезе нуклеотида,
- еритроза-4-фосфат, који улази у процес синтезе ароматичних аминокиселина.
Пентозе које се уносе путем хране, као резултат разградње нуклеинских киселина могу бити метаболисане у путу пентоза фосфата.
Код животиња се пут пентоза фосфата одвија искључиво у цитоплазми. Органи у којима је овај процес посебно активан су јетра, млечна жлезда дојке, кортекс надбубрежне жлезде, јајници и тестиси. Процес је одсутан у мишићима. Пут пентоза фосфата је један од најважнијих начина синтезе молекула с редукујућим деловањем и одговоран је за 60% производње NADPH код метаболизма човека.
NADPH у ћелијама има улогу инактивирања штетног деловања молекула кој изазивају оксидативни стрес. Ензим глутатион редуктаза користи NADPH како би редуковао оксидирани облик глутатиона (GSSG) у његов редуковани облик (GSH). Редуковани глутатион се у даљим реакцијама користи као редукујући молекул који претвара потенцијално штетни водоник пероксид (H2O2) у воду. Овај је механизам посебно присутан код црвених крвних зрнаца (еритроцита) и њихов је једини извор NADPH.
Оксидативна фаза уреди
У овој фаза метаболичког пута одвијају три реакције при којима се један молекул глукозе-6-фосфата претвара у рибулозу-5-фосфат. Током реакције два молекула NADP+ се редукују у NADPH[2].
Глукоза-6-фосфат (1), 6-фосфоглуконо-δ-лактон (2), 6-фосфоглуконат (3), рибулоза 5-фосфат (4)
У следећој табели је сажет је ток ензимских реакција:
| Реактанти | Продукти | Ензим | Опис реакције |
| Глукоза-6-фосфат + NADP+ | → 6-фосфоглуконо-δ-лактон + NADPH | глукоза-6-фосфат дехидрогеназа | Дехидрогенација. Хемиацетална хидроксилна група смештена на угљенику 1 глукозе 6-фосфат претвара се у карбонилну групу, генерирајући тако лактон. При том се процесу ствара један молекул NADPH. |
| 6-фосфоглуконо-δ-лактон + H2O | → 6-фосфоглуконат + H+ | 6-фосфоглуконолактоназа | Хидролиза |
| 6-фосфоглуконат + NADP+ | → рибулоза 5-фосфат + NADPH + CO2 | 6-фосфоглуконат дехидрогеназа | Оксидативна декарбоксилација. Током ове реакције NADP+ се редукује у још један молекул NADPH, и као продукт настаје угљен диоксид (CO2) и рибулоза 5-фосфат. |
Збирна стехиометријска једначина оксидативне фазе је:
- Глукоза-6-фосфат + 2 NADP+ + H2O → рибулоза-5-фосфат + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
Неоксидативна фаза уреди
У овој фази пута пентоза фосфата, која се састоји од низа сложених реакција, долази до конверзије рибулозе-6-фосфата у коначне продукте глицералдехид-3-фосфат и фруктозу-6-фосфат. Ови продукти потом улазе у процес гликолизе као реактанти. Све ензиматске реакције неоксидативне фазе су реверзибилне и зависе од концентрације различитих супстрата.[2]
Прва је реакција епимеризација коначног продукта оксидативне фазе, шећера рибулозе-6-фосфата у ксилулозу-5-фосфат од стране ензима пентоза-5-фосфат епимеразе. Рибулоза-5-фосфат може ући и у реакцију изомеризације преко ензима пентоза-5-фосфат изомеразе при чему настаје рибоза-5-фосфат.
У следећој фази ксилулоза-5-фосфат и рибоза-5-фосфат улазе у процес рекомбинирања два атома угљеника од стране ензима транскетолазе при чему настају седохептулоза-7-фосфат и глицералдеид-3-фосфат.
Ова два продукта постају супстрати следеће реакције рекомбинирања атома угљеника од стране ензима трансалдолазе и као продукт настају фруктоза-6-фосфат и еритроза-4-фосфат. Фрукоза-6-фосфат може директно да иде у процес гликолизе као супстрат, док се еритроза-4-фосфат мора додатно обрадити. Ензим транскетолаза рекомбинује угљеникове атоме еритрозе-4-фосфата с ксилулозом-5-фосфат добијеном из прве реакције епимеризације и као продукти настају фруктоза-6-фосфат и глицералдеид-3-фосфат. Оба новонастала продукта могу ући у гликолизу као супстрати. Осим у процес гликолизе, фруктоза-6-фосфат и глицералдеид-3-фосфат могу ући и у метаболички пут глуконеогенезе ако организам има потребу за синтезом глукозе.
На слици је приказана скица неоксидативне фазе пута пентоза фосфата:
.svg)
Све ензиматске реакције неоксидативне фазе пута пентоза фосфата сажете су у следећој табели:
| Реактанти | Продукти | Ензим |
| рибулоза-5-фосфат | → рибоза-5-фосфат | рибулоза-5-фосфат исомераза |
| рибулоза-5-фосфат | → ксилулоза-5-фосфат | Рибулоза-5-фосфат 3-епимераза |
| ксилулоза-5-фосфат + рибоза-5-фосфат | → глицералдехид-3-фосфат + седохептулоза-7-фосфат | транскетолаза |
| седохептулоза-7-фосфат + глицералдеид-3-фосфат | → еритроза-4-фосфат + фруктоза-6-фосфат | трансалдолаза |
| кслулоза-5-фосфат + еритроза-4-фосфат | → глицералдехид-3-фосфат + фруктоза-6-фосфат | транскетолаза |
Регулација пута пентоза фосфата у ткивима уреди
Овај је метаболички пут изузетно прилагодљив потребама ћелије за различитим супстратима захваљујући повратности ензиматских реакција. Реакције ће се одвијати у одређеном смеру зависно од концентрације и потреба АТП, НАДПХ, рибозе-5-фосфата, пирувата или ацетил-ЦоА у ћелији.
Први ензим у низу реакција, глукоза-6-фосфат дехидрогеназа је највише подложан регулацији. Инхибиран је високим концентрацијама НАДПХ у цитоплазми, пошто је то продукт реакције. Однос NADPH/NADP+ већи од 10 инхибира активност ензима за више од 90%. Остали инхибитори овог ензима су АДП и АМП, док АТП има улогу активатора.
Пут пентоза фосфата је изузетно снажно активиран у ћелијама масног ткива, где постоји вишак глукозе, која се претвара у масне киселине и велика потреба за НАДПХ, који улази у процес биосинтезе масних киселина. Као продукт осидативне фазе пута пентоза фосфата настаје НАДПХ, којег ћелија одмах користи као кофактор, док се рибоза-5-фосфат до краја трансформише у фруктозу-6-фосфат и глицералдеид-3-фосфат који улазе у реакцију гликолизе. Ћелије масног ткива нису посебно активне у репликацији, стога немају посебну потребу акумулирања рибозе, пошто је синтеза нуклеинских киселина минимална. Гликолиза даје ћелији ацетил-ЦоА као коначни продукт, који је основни супстрат за синтезу масних киселина. У мишићном су ткиву потребе за НАДПХ врло мале, док су потребе за глукозом-6-фосфатом велике, стога ће пут пентоза фосфата бити неактиван.[3]
Ћелије које се налазе у фази активне репликације имају велике потребе за рибозом-5-фосфат како би могло доћи до синтезе нуклеинских киселина. Код тих станица може доћи до инверзије неоксидативне фазе пута пентоза фосфата, при чему долази до формирања рибозе-5-фосфата почевши од глицералдехида-3-фосфат и фруктозе-6-фосфата као почетних супстрата.[4]
Референце уреди
- ^ Кругер Њ, вон Сцхаеwен А (2003). „Тхе оxидативе пентосе пхоспхате патхwаy: струцтуре анд органисатион”. Цурр. Опин. Плант Биол. 6 (3): 236—46. ПМИД 12753973. дои:10.1016/С1369-5266(03)00039-6.
- ^ а б Wamelink MM, Struys EA, Jakobs C. The biochemistry, metabolism and inherited defects of the pentose phosphate pathway: a review. J Inherit Metab Dis. prosinac 2008.; 31(6):703-17. Review
- ^ Mailloux RJ, Harper ME. Glucose regulates enzymatic sources of mitochondrial NADPH in skeletal muscle cells; a novel role for glucose-6-phosphate dehydrogenase.FASEB J. srpanj 2010.; 24(7):2495-506.
- ^ Early Phagocytosis of Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase (G6PD)-Deficient Erythrocytes Parasitized by Plasmodium falciparum May Explain Malaria Protection in G6PD Deficiency Архивирано на сајту Wayback Machine (28. август 2009)
Спољашње везе уреди
- The chemical logic behind the pentose phosphate pathway
- Пентосе+Пхоспхате+Патхwаy на US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
- Pentose phosphate pathway Map - Homo sapiens