Cykl

Cykl

pentozomonofosfor

pentozomonofosfor

anowy

anowy

Krzysztof

Krzysztof

Brzoska

Brzoska

Znaczenie procesu dla

Znaczenie procesu dla

metabolizmu komórki

metabolizmu komórki



alternatywna droga utleniania glukozy

alternatywna droga utleniania glukozy



cykl ten nie generuje ATP

cykl ten nie generuje ATP



cykl ten posiada charakter

cykl ten posiada charakter

amfiboliczny, co oznacza, że

amfiboliczny, co oznacza, że

metabolity tego cyklu są

metabolity tego cyklu są

wykorzystywane w innych

wykorzystywane w innych

przemianach biochemicznych

przemianach biochemicznych

Znaczenie procesu dla

Znaczenie procesu dla

metabolizmu komórki

metabolizmu komórki



Dostarcza NADPH niezbędnego do syntez

Dostarcza NADPH niezbędnego do syntez

redukcyjnych (biosynteza kw. tł.,

redukcyjnych (biosynteza kw. tł.,

steroidów oraz przekształcanie kw.

steroidów oraz przekształcanie kw.

foliowego w aktywny kw.

foliowego w aktywny kw.

tetrahydrofoliowy )

tetrahydrofoliowy )



dostarczanie reszt rybozy dla biosyntezy

dostarczanie reszt rybozy dla biosyntezy

nukleotydów i kwasów nukleinowych,

nukleotydów i kwasów nukleinowych,



źródło endogennego CO

źródło endogennego CO

2

2

niezbędnego do

niezbędnego do

syntezy nukleotydów i mocznika oraz

syntezy nukleotydów i mocznika oraz

różnego rodzaju karboksylacji

różnego rodzaju karboksylacji

Gdzie zachodzi?

Gdzie zachodzi?



cykl

cykl

pentozomonofosforanowy

pentozomonofosforanowy

zachodzi w cytoplazmie, w

zachodzi w cytoplazmie, w

której występują

której występują

niezbędne do tego procesu

niezbędne do tego procesu

enzymy.

enzymy.

Cykl pentozofosforanowy

Cykl pentozofosforanowy

a glikoliza

a glikoliza



Chociaż glukozo – 6- fosforan jest

Chociaż glukozo – 6- fosforan jest

wspólnym metabolitem dla obydwu

wspólnym metabolitem dla obydwu

szlaków, to jednak są one bardzo różne.

szlaków, to jednak są one bardzo różne.

Glikoliza jest głównym szlakiem

Glikoliza jest głównym szlakiem

katabolizmu glukozy. Utlenienie w szlaku

katabolizmu glukozy. Utlenienie w szlaku

pentozofosforanowym następuje z

pentozofosforanowym następuje z

użyciem raczej NADP+ niż NAD+, a CO2,

użyciem raczej NADP+ niż NAD+, a CO2,

jest charakterystycznym produktem

jest charakterystycznym produktem

szlaku pentozofosforanowego i generacja

szlaku pentozofosforanowego i generacja

tego gazu jest zasadniczą jego funkcją.

tego gazu jest zasadniczą jego funkcją.

Przebieg procesu

Przebieg procesu



Jest cyklicznym procesem, w którym trzy

Jest cyklicznym procesem, w którym trzy

cząsteczki glukozo-6-fosforanu dają początek

cząsteczki glukozo-6-fosforanu dają początek

wytworzeniu trzech cząsteczek CO

wytworzeniu trzech cząsteczek CO

2

2

i trzech

i trzech

reszt pięciowęglowych.

reszt pięciowęglowych.



Reszty pięciowęglowe zostają tak

Reszty pięciowęglowe zostają tak

przetworzone, że regenerują się z nich dwie

przetworzone, że regenerują się z nich dwie

cząsteczki glukozo-6-fosforanu i powstaje

cząsteczki glukozo-6-fosforanu i powstaje

jedna cząsteczka pośredniego metabolitu

jedna cząsteczka pośredniego metabolitu

glikolizy – gliceraldehydo-3-fosforan.

glikolizy – gliceraldehydo-3-fosforan.



Ponieważ z dwóch cząsteczek

Ponieważ z dwóch cząsteczek

gliceraldehydo-3-fosforanu może zostać

gliceraldehydo-3-fosforanu może zostać

zregenerowany glukozo-6-fosforan, szlak

zregenerowany glukozo-6-fosforan, szlak

pentozomonofosforanowy może być drogą

pentozomonofosforanowy może być drogą

kompletnego utlenienia glukozy.

kompletnego utlenienia glukozy.

Ogólny przebieg

Ogólny przebieg

3 (glukozo-6-fosforan)

3 (glukozo-6-fosforan)

+

+

6 NADP

6 NADP

3 CO

3 CO

2

2

+ 2 (glukozo-6-

+ 2 (glukozo-6-

fosforan) +

fosforan) +

+ gliceraldehydo-3-fosforan + 6

+ gliceraldehydo-3-fosforan + 6

NADPH + 6 H

NADPH + 6 H

+

+

Sekwencję reakcji szlaku

Sekwencję reakcji szlaku

można podzielić na dwa

można podzielić na dwa

etapy:

etapy:



nieodwracalny etap oksydacyjny

nieodwracalny etap oksydacyjny

–

–

glukozo-6-fosforan ulega odwodorowaniu i

glukozo-6-fosforan ulega odwodorowaniu i

dekarboksylacji przechodząc w pentozę,

dekarboksylacji przechodząc w pentozę,

rybulozo-5-fosforan – etap ten wytwarza

rybulozo-5-fosforan – etap ten wytwarza

NADPH

NADPH



odwracalny etap nieoksydacyjny

odwracalny etap nieoksydacyjny

–

–

rybulozo-5-fosforan jest przekształcony z

rybulozo-5-fosforan jest przekształcony z

powrotem do glukozo-6-fosforanu –

powrotem do glukozo-6-fosforanu –

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy

Etap oksydacyjny

Etap oksydacyjny



odwodorowanie glukozo-6-fosforanu do 6-

odwodorowanie glukozo-6-fosforanu do 6-

fosfoglukonianu zachodzi drogą utworzenia

fosfoglukonianu zachodzi drogą utworzenia

6-fosfoglukonolaktonu katalizowaną przez

6-fosfoglukonolaktonu katalizowaną przez

dehydrogenazę

dehydrogenazę

glukozo-6-fosforanową

glukozo-6-fosforanową

,

,

enzym zależny od NADP

enzym zależny od NADP



hydrolizę powstałego 6-fosfoglukonolaktonu

hydrolizę powstałego 6-fosfoglukonolaktonu

katalizuje

katalizuje

hydrolaza glukonolaktanowa

hydrolaza glukonolaktanowa



drugi etap oksydacyjny jest katalizowany

drugi etap oksydacyjny jest katalizowany

przez

przez

dehydrogenazę 6-

dehydrogenazę 6-

fosfoglukonolaktanową,

fosfoglukonolaktanową,

która potrzebuje

która potrzebuje

NADP

NADP

+

+

jako akceptora wodoru

jako akceptora wodoru

Etap oksydacyjny wytwarza

Etap oksydacyjny wytwarza

NADPH

NADPH



dalej następuje dekarboksylacja z

dalej następuje dekarboksylacja z

wytworzeniem ketopentozy,

wytworzeniem ketopentozy,

rybulozo-5-fosforanu, reakcja ta

rybulozo-5-fosforanu, reakcja ta

zachodzi prawdopodobnie w dwóch

zachodzi prawdopodobnie w dwóch

etapach, poprzez związek pośredni,

etapach, poprzez związek pośredni,

3-keto-6-fosfoglukonian.

3-keto-6-fosfoglukonian.

Etap nieoksydacyjny

Etap nieoksydacyjny

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy



rybulozo-5-fosforan jest substratem dla

rybulozo-5-fosforan jest substratem dla

dwóch enzymów

dwóch enzymów



3-epimeraza rybulozo-5-fosforanowa

3-epimeraza rybulozo-5-fosforanowa

zmienia konfigurację wokół C

zmienia konfigurację wokół C

3

3

, tworząc

, tworząc

epimer, ksylulozo-5-fosforan

epimer, ksylulozo-5-fosforan



ketoizomeraza rybozo-5-fosforanowa

ketoizomeraza rybozo-5-fosforanowa

zmienia rybulozo-5-fosforan w

zmienia rybulozo-5-fosforan w

odpowiednią aldozę, rybozo-5-fosforan,

odpowiednią aldozę, rybozo-5-fosforan,

będący źródłem rybozy potrzebnej w

będący źródłem rybozy potrzebnej w

syntezie nukleotydów i kwasów

syntezie nukleotydów i kwasów

nukleinowych

nukleinowych

Etap nieoksydacyjny

Etap nieoksydacyjny

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy



transketolaza

transketolaza

przenosi dwuwęglową

przenosi dwuwęglową

jednostkę zawierającą węgle 1 i 2 ketozy

jednostkę zawierającą węgle 1 i 2 ketozy

na aldehydowy węgiel cukru aldozy,

na aldehydowy węgiel cukru aldozy,

powoduje ona zatem zmianę cukru ketozy

powoduje ona zatem zmianę cukru ketozy

w aldozę uboższą o dwa atomy węgla, a

w aldozę uboższą o dwa atomy węgla, a

równocześnie zamienia cukier aldozę w

równocześnie zamienia cukier aldozę w

ketozę bogatszą o dwa atomy węgla

ketozę bogatszą o dwa atomy węgla



reakcja ta wymaga obecności tiaminy

reakcja ta wymaga obecności tiaminy

jako koenzymu oraz jonów Mg

jako koenzymu oraz jonów Mg

2+

2+

Etap nieoksydacyjny

Etap nieoksydacyjny

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy



transketolaza katalizuje więc

transketolaza katalizuje więc

przeniesienie jednostki

przeniesienie jednostki

dwuwęglowej z ksylulozo-5-fosforanu

dwuwęglowej z ksylulozo-5-fosforanu

na rybozo-5-fosforan, tworząc

na rybozo-5-fosforan, tworząc

siedmiowęglową ketozę

siedmiowęglową ketozę

sedoheptulozo-7-fosforan oraz aldozę

sedoheptulozo-7-fosforan oraz aldozę

gliceraldehydo-3-fosforan

gliceraldehydo-3-fosforan

Etap nieoksydacyjny

Etap nieoksydacyjny

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy



transaldolaza

transaldolaza

umożliwia

umożliwia

przeniesienie trójwęglowej jednostki

przeniesienie trójwęglowej jednostki

dihydroksyacetonu z ketozy,

dihydroksyacetonu z ketozy,

sedoheptulozo-7-fosforan, na aldozę

sedoheptulozo-7-fosforan, na aldozę

gliceraldehydo-3-fosforan, aby

gliceraldehydo-3-fosforan, aby

utworzyć ketozę fruktozo-6-fosforan

utworzyć ketozę fruktozo-6-fosforan

oraz czrerowęglową aldozę erytrozo-

oraz czrerowęglową aldozę erytrozo-

4-fosforan

4-fosforan

Etap nieoksydacyjny

Etap nieoksydacyjny

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy



następnie zachodzi dalsza reakcja,

następnie zachodzi dalsza reakcja,

znów z udziałem transketolazy, w

znów z udziałem transketolazy, w

której ksylulozo-5-fosforan służy jako

której ksylulozo-5-fosforan służy jako

dawca glikoloaldehydu

dawca glikoloaldehydu



w tym przypadku utworzony

w tym przypadku utworzony

uprzednio erytrozo-4-fosforan jest

uprzednio erytrozo-4-fosforan jest

akceptorem, a produktami są

akceptorem, a produktami są

fruktozo-6-fosforan i gliceraldehydo-

fruktozo-6-fosforan i gliceraldehydo-

3-fosforan

3-fosforan

Etap nieoksydacyjny

Etap nieoksydacyjny

wytwarza prekursory rybozy

wytwarza prekursory rybozy



aby glukoza uległa całkowitemu

aby glukoza uległa całkowitemu

utlenieniu do dwutlenku węgla niezbędna

utlenieniu do dwutlenku węgla niezbędna

jest obecność enzymów

jest obecność enzymów

przekształcających gliceraldehydo-3-

przekształcających gliceraldehydo-3-

fosforan w glukozo-6-fosforan

fosforan w glukozo-6-fosforan



są to enzymy szlaku glikolizy działające w

są to enzymy szlaku glikolizy działające w

odwrotnym kierunku i dodatkowo enzym

odwrotnym kierunku i dodatkowo enzym

glukoneogenezy,

glukoneogenezy,

fruktozo-1,6-bisfosfataza

fruktozo-1,6-bisfosfataza



jeśli tych enzymów nie ma,

jeśli tych enzymów nie ma,

gliceraldehydo-3-fosforan podąża

gliceraldehydo-3-fosforan podąża

normalnym szlakiem glikolizy do

normalnym szlakiem glikolizy do

pirogronianu.

pirogronianu.

Regulacja procesu

Regulacja procesu



odwodorowanie glukozo-6-fosforanu,

odwodorowanie glukozo-6-fosforanu,

pierwsza reakcja w odgałęzieniu

pierwsza reakcja w odgałęzieniu

utleniającym szlaku jest zasadniczo

utleniającym szlaku jest zasadniczo

nieodwracalna i w rzeczywostości

nieodwracalna i w rzeczywostości

reakcja ta ogranicza szybkość procesu w

reakcja ta ogranicza szybkość procesu w

warunkach fizjologicznych i stanowi

warunkach fizjologicznych i stanowi

miejsce kontroli szlaku

miejsce kontroli szlaku



najważniejszym czynnikiem regulującym

najważniejszym czynnikiem regulującym

tę reakcję jest poziom NADP

tę reakcję jest poziom NADP

+

+



NADPH współzawodniczy też z NADP

NADPH współzawodniczy też z NADP

+

+

w

w

wiązaniu enzymu

wiązaniu enzymu

Regulacja procesu

Regulacja procesu



nieutleniające odgałęzienie szlaku

nieutleniające odgałęzienie szlaku

pentozomonofosforanowego jest

pentozomonofosforanowego jest

regulowane głównie przez

regulowane głównie przez

dostępność substratów.

dostępność substratów.

Literatura

Literatura



Stryer L., Biochemia, PWN

Stryer L., Biochemia, PWN

Warszawa 1997

Warszawa 1997



Angielski S., Rogulski J., Biochemia

Angielski S., Rogulski J., Biochemia

kliniczna, PZWL Warszawa 1991

kliniczna, PZWL Warszawa 1991



Biochemia Harpera, PZWL

Biochemia Harpera, PZWL

Warszawa 1994

Warszawa 1994



Minakowski W., Weidner S.,

Minakowski W., Weidner S.,

Biochemia kręgowców, PWN 2007

Biochemia kręgowców, PWN 2007

Dziękuje za uwagę

Dziękuje za uwagę