SZLAK
PENTOZOFOSFORANOWY
Alternatywna droga metabolizmu glukozy
Katarzyna Śmiejan
Ewa Wygnańska
Grupa V
SZLAK
PENTOZOFOSFORANOWY
Alternatywna droga metabolizmu glukozy
Katarzyna Śmiejan
Ewa Wygnańska
Grupa V
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Szlak pentozofosforanowy bywa też
nazywany szlakiem
heksozomonofosforanowym
lub
fosfoglukonianowym
.
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Główne funkcje:
Generuje NADPH : potencjał redukcyjny
przypomnienie – NADH służy przede wszystkim do
syntezy ATP, a NADP dla redukcyjnych syntez (takich jak
biosynteza kwasów tłuszczowych, steroidów – dlatego
szlak jest bardzo aktywny w tk. Tłuszczowej, gruczołach
mlecznych, korze nadnerczy)
Dostarcza reszty RYBOZY (dla biosyntezy nukleotydów i
kwasów nukleinowych – RNA, DNA, NAD
+
, FAD
+
, ATP,
CoA)
Szlak współuczestniczy w wytwarzaniu endogennego
CO2
Szczególne znaczenie ma w tych tkankach, które
syntetyzują kwasy tłuszczowe i steroidy z ac CoA
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Ogólne informacje:
Zachodzi w cytozolu
Podstawową funkcją szlaku jest utlenienie glukozo-6-fosforanu
do rybozo-5-fosforanu i wytwarzanie NADPH
Rybozo-5-fosforan oraz jego pochodne są potrzebne do
syntezy RNA, DNA, NAD
+
, FAD
+
, ATP, ac CoA\
Utlenienie zachodzi przez odwodorowanie
Akceptorem wodorów jest NADP+
Szlak można podzielić na 2 etapy: nieodwracalny etap
oksydacyjny i odwracalny etap nieoksydacyjny
W jednym obrocie cyklu biorą udział jednocześnie 3 cząsteczki
glukozy
Sumaryczna reakcja:
Glukozo-6-fosforan + 2 NADP
+
+ H
2
O
Rybozo-5-fosforan + 2NADPH + 2H
+
+ CO
2
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
ETAP OKSYDACYJNY
I etap: glukozo-6-fosforan ulega
odwodorowaniu i dekarboksylacji
przechodząc w pentozę: rybulozo-5-
fosforan
W tym etapie następuje wytwarzanie
NADPH.
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Przebieg:
odwodorowanie glukozo-6-fosforanu przez
dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową
(enzym
zalezny od NADP) do fosfoglukonolaktonu
Hydroliza do 6-fosfoglukonianu przez enzym
hydrolazę
glukonolaktonową
Powstały 6-fosfoglukonian w drugim etapie
oksydacyjnym zostaje przekształcony do 3-keto-6-
fosfoglukonianu - związku pośredniego przez
dehydrogenazę 6-fosfoglukonianową
(zależna od
NADP)
Następnie ta sama dehydrogenaza przeprowadza
dekarboksylację z wytworzeniem ketopentozy:
rybulozo-5-fosforanu
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
ETAP NIEOKSYDACYJNY
II etap: rybulozo-5-fosforan jest
przekształcany z powrotem do
glukozo-6-fosforanu
W tym etapie głównymi
enzymatycznymi uczestnikami są
TRANSKETOLAZA i TRANSALDOLAZA
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Przebieg:
Rybulozo-5-fosforan jest substratem dla 2
enzymów:
-
3-epimeraza rybulozo-5-fosforanowa
,
która tworzy ksylulozo-5-fosforan
-
ketoizomeraza rybozo-5-fosforanowa
zmienia rybulozo-5-fosforan w rybozo-5-
fosforan (który może być źródłem rybozy
potrzebnej w syntezie nukleotydów i
kwasów nukleinowych)
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Jeśli potrzeba tylko niewiele rybozo-5-fosforanu do
syntezy, transketolaza i transaldolaza przekształcają
go do fruktozo-6-fosforanu i aldehydu-3-
fosfoglicerynowego.
TRANSKETOLAZA
przenosi dwuwęglową jednostkę (zawierającą węgle 1
i 2) z ketozy (ksylulozo-5-fosforan) na aldehydowy
węgiel cukru aldozy (rybozo-5-fosforan)
Ta reakcja wymaga udziału tiaminy (witaminy z grupy
B) w postaci koenzymu – DPT oraz Mg
2+
.
W wyniku tej reakcji powstaje siedmiowęglowa ketoza:
SEDOHEPTULOZO-7-FOSFORAN
i aldoza
GLICERALDEHYDO-3-FOSFORAN
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Wymienione produkty reakcji wchodzą w
reakcję TRANSALDOLACJI
Enzym
transaldolaza
umożliwia
przeniesienie trójwęglowej jednostki
dihydroksyacetonu (węgli 1-3) z ketozy:
sedoheptulozo-7-fosforan na aldozę:
gliceraldehydo-3-fosforan
Powstaje ketoza
FRUKTOZO-6-FOSFORAN
i
czterowęglowa aldoza
ERYTROZO-4-
FOSFORAN
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Następnie zachodzi reakcja z
udziałem
TRANSKETOLAZY
W niej ksylulozo-5-fosforan służy jako
dawca glikoloaldehydu, akceptorem
jest erytrozo-4-fosforan
Produktami są
FRUKTOZO-6-
FOSFORAN
i
GLICERALDEHYDO-3-
FOSFORAN
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Aby glukoza uległa całkowitemu utlenieniu
do CO
2
niezbędna jest obecność:
Enzymów szlaku glikolizy działających w
odwrotnym kierunku
Enzymu glukoneogenezy: fruktozo-1,6-
bisfosfatazy
Enzymy te przekształcają gliceraldehydo-3-
fosforan do glukozo-6-fosforanu.
GLIKOLIZA vs SZLAK
PENTOZOFOSFORANOWY
GLIKOLIZA
1.
Utlenianie następuje z
użyciem NAD
+
2.
CO
2
w ogóle nie jest
produktem glikolizy
3.
Generowanie ATP jest
zasadniczą funkcją glikolizy
4.
Fosforany rybozy nie
powstają podczas glikolizy
SZLAK
PENTOZOFOSFORANOWY
1.
Utlenianie następuje w
pierwszych reakcjach z
użyciem NADP
+
2.
CO
2
jest charakterystycznym
produktem szlaku
pentozofosforanowego
3.
ATP nie powstaje w szlaku
pentozofosforanowym
4.
Fosforany rybozy powstają w
szlaku pentozofosforanowym
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
1.
Równoważniki redukujące powstają w tych tkankach,
które są wyspecjalizowane w syntezach redukujących
2. Szlak pentozofosforanowy jest aktywny w :
a) wątrobie
b) tkance tłuszczowej
c) korze nadnerczy
d) tarczycy
e) erytrocytach
f) gruczole sutkowym w okresie laktacji
3. Wykazuje natomiast brak aktywności w:
a) gruczole sutkowym poza okresem laktacji
b) mała aktywność w mięśniu szkieletowym
4.
Obecność aktywnej lipogenezy albo układu zużywającego
NADPH z utworzeniem NADP+ pobudza aktywny rozkład
glukozy szlakiem pentozofosforanowym
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
KONTROLA SZLAKU PENTOZOFOSFORANOWEGO:
1.
Reakcje katalizowane przez transketolazę i transaldolazę są
odwracalne, dlatego końcowe produkty szlaku mogą się
zmieniać w zależności od metabolicznych potrzeb komórki
2.
Gdy potrzeba NADPH, a niepotrzebny jest rybozo-5-fosforan to
ulega on przekształceniu w glikolityczny intermediat i wchodzi
w cykl glikolizy
3.
Gdy natomiast potrzebny jest rybozo-5-fosforan, a nie
potrzeba NADPH, transketonaza i transaldolaza przekształcają
fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy w rybozo-5-
fosforan przez odwrócenie reakcji glikolitycznych
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
KONTROLA SZLAKU PENTOZOFOSFORANOWEGO:
4. Pierwsza reakcja szlaku pentozofosforanowego (utlenianie
glukozo-6-fosforanu z udziałem dehydrogenazy glukozo-6-
fosforanu)
a) nieodwracalna
b) ogranicza szybkość procesu
c) enzym ten jest regulowany przez NADP
+
5. Gdy komórka zużywa NADPH
a) zwiększa się stężenie NADP
+
b) następuje stymulacja dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej
c) działanie szlaku i regeneracja NADPH przebiegają szybciej
SZLAK PENTOZOFOSFORANOWY
Szlak pentozofosforanowy wspomaga peroksydazę
glutationową w ochronie erytrocytów przed hemolizą:
a) szlak pentozofosforanowy w erytrocytach dostarcza
NADPH dla redukowania utlenionego glutationu
(reakcja
katalizowana przez reduktazę glutationową, zawierającą FAD)
b) zredukowany glutation usuwa z erytrocytów H
2
O
2
(reakcja katalizowana przez peroksydazę glutationową,
zawierającą selen)
c) reakcja ta jest ważna, ponieważ nagromadzenie H2O2
może skrócić czas życia erytrocytów
przez zwiększenie
szybkości utleniania hemoglobiny do methemoglobiny
BIBLIOGRAFIA
Biochemia Harpera, R.K.Murray
Biochemia Kręgowców, W. Minakowski
Biochemia , L. Stryer