Szlak pentozofosforanowy

Prowadzi do powstania NADPH i odpowiada

za syntezę cukrów pięciowęglowych.

 Szlak pentozofosforanowy stanowi alternatywną drogę

dla metabolizmu glukozy. Nie powstaje w nim ATP, ale:

 Stanowi źródło NADPH, który jest potrzebny wszystkim

organizmom do redukcyjnych procesów biosyntezy
kwasów tłuszczowych i steroidów.

 W jego wyniku dostarczane są reszty rybozy do

biosyntezy nukleotydów i kwasów nukleinowych.

Szlak ten składa się z

2 FAZ

:

1) UTLENIAJĄCA (oksydacyjna) – w czasie której powstaje

NADPH, jest ona nieodwracalna

2) NIEUTLENIAJĄCA (nieoksydacyjna) – obejmuje

przekształcenie jednych cukrów w drugie, jest ona
odwracalna.

WSZYSTKIE(!) reakcje odbywają się w

CYTOPLAZMIE

.

Faza utleniająca

1.Rozpoczyna się ODWODORNIENIEM glukozo-6-

fosforanu przy atomie węgla C1. Reakcję katalizuje

dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa

(enzym z klasy

oksydoreduktaz i grupy dehydrogenaz).

2. Jest to bardzo specyficzny enzym w stosunku do NADP

+

3. Produktem reakcji jest 6-fosfoglukono-δ-lakton.
4. Kolejny etap: HYDROLIZA 6-fosfoglukono-δ-laktonu z

wytworzeniem 6-fosfoglukonianu. Reakcję katalizuje

hydrolaza glukonolaktonowa

5. 6-fosfoglukonian ulega OKSYDACYJNEJ

DEKARBOKSYLACJI, która jest katalizowana przez

dehydrogenazę 6-fosfoglukonianową

.

6. Powstaje rybulozo-5-fosforan.

1.

Glukozo-6-fosforan + NADP+ => 6 fosfoglukono- δ

-lakton + NADPH + H+

Enzym: dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa

2.

6-fosfoglukono-δ-lakton + H20 => 6-fosfoglukonian

+ H+

Enzym: laktonaza – hydrolaza glukolaktonowa.

3.

6-fosfoglukonian +NADP+ => rybulozo-5-fosforan +

CO2 + NADPH + H+

Enzym: dehydrogenaza-6-fosfoglukonianowa

!

Synteza dehydrogenazy-6-fosforanowej i dehydrogenazy-
6-fosfoglukonianowej może być indukowana przez
INSULINĘ w stanie sytości, gdy wzrasta LIPOGENEZA

Rybulozo-5-fosforan jest substratem dla 2 różnych
enzymów:

• 3-epimeraza rybulozo-5-fosforanowa

– zamienia

konfigurację wokół C3 tworząc ksylulozo-5-fosforan
będący także ketopentozą.

• Ketoizomeraza rybozo-5-fosforanowa

– zamienia

rybulozo-5-fosforan w odpowiednia aldozę – rybozo-
5-fosforan który jest źródłem rybozy do syntezy
kwasów nukleinowych i nukleotydów.

• Z jednej cząsteczki glukozo-6 fosforanu

powstają 2 NADPH i 1 cząsteczka rybozo-5-
fosforanu.

Faza nieutleniająca

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

• Wiele komórek potrzebuje więcej NADPH niż

rybozo-5-fosforanu.

• Nadmiar rybozo-5-fosforanu ulega przekształceniu

do fruktozo-6-fosforanu i aldehydu 3-
fosfoglicerynowego w reakcjach katalizowanych
przez transketolazę i transaldolazę.

• Enzymy te łączą szlak pentozofosforanowy i

glikolizę katalizując 3 następujące po sobie reakcje:

1) C

5

+ C

5

<=> C

3

+ C

7

enzym: transketolaza

2) C

3

+ C

7

<=> C

6

+C

4

enzym: transaldolaza

3) C

4

+ C

5

<=> C

6

+ C

3

enzym: transketolaza

W wyniku tych reakcji powstają 2 heksozy i jedna trioza

3C

5

<=> 2C

6

+ C

3

Reakcja 1:

Ksylulozo-5-fosforan + rybozo-5-fosforan <=> aldehyd 3-
fosfoglicerynowy + sedoheptulozo-7-fosforan

Ksylulozo-5-fosforan – donor jednostki dwuwęglowej.
Ketoza może być substratem dla transketolazy tylko wtedy gdy
jej grupa hydroksylowa przy atomie węgla przy C3 ma
konfigurację ksylozy a nie rybulozy.
Rybulozo-5-fosforan jest przekształcany przez epimerazę
fosfopentazową w epimer odpowiedni do reakcji
przeprowadzanej przez transketolazę

Reakcja 2:

Aldehyd 3-fosfoglicerynowy i sedoheptulozo-7-

fosforan reagują ze sobą tworząc fruktozo-6-

fosforan i erytrozo-4-fosforan.
Tę reakcję katalizuje –

transaldolaza.

Reakcja 3:

Transketolaza przeprowadza syntezę fruktozo-6-

fosforanu i aldehydu 3-fosfoglicerynowego z

erytozo-4-fosforanu oraz ksylulozo-5-fosforanu.

Wszystkie 3 reakcje można zapisać

sumarycznie:

Ksylulozo-5-fosforan + rybozo-5-fosforan <=>

2

fruktozo-6-fosforan + aldehyd 3-fosfoglicerynowy

W ten sposób nadmiar rybozo-5 fosforanu może być

całkowicie przekształcony w metabolity pośrednie glikolizy

Enzymy fazy nieutleniającej:

Transketolaza:

• Przenosi dwuwęglową jednostkę zawierającą atomy węgla C1

i C2 ketozy na atom węgla grupy aldehydowej aldozy.

• Powoduje zamianę ketozy w aldozę uboższą o 2 atomy węgla

• Równocześnie zamienia aldozę w ketozę bogatszą o 2 atomy

węgla

• Reakcja wymaga obecności Mg2+ i DIFOSFORANU TIAMINY

(WIT. B1) jako koenzymu.

Transaldolaza:
Przenosi grupę TRÓJWĘGLOWĄ z ketozy na aldozę.

Szlak pentozofosforanowy – glikoliza –

porównanie:

• Utlenianie w szlaku pentozofosforanowym odbywa się z

udziałem NADP+ niż NAD+

• CO2 w glikolizie nie powstaje a w szlaku jest to

charakterystyczny produkt.

• ATP nie powstaje w szlaku pentozofosforanowym, natomiast

wytworzenie ATP jest podstawową funkcją glikolizy

Przebieg szlaku

pentozofosforanowego w

zależności od potrzeb

komórki.

• Glukozo-6-fosforan jest metabolizowany przez szlak

pentozofosforanowy a także przez szlak glikolizy.

• Przepływ glukozo-6-fosforanu zależy od zapotrzebowania

komórki na NADPH, rybozo-5-fosforan a także ATP.

• Sytuacja 1: Potrzeba znacznie więcej rybozo-5-fosforanu

niż NADPH.
Większość glukozo-6-fosforanu jest przekształcona w
procesie glikolizy do fruktozo-6-fosforanu i aldehydu 3-
fosfoglicerynowego.
Następnie transketolaza i transaldolaza przekształcają 2
cząsteczki fruktozo-6-fosforanu i cząsteczkę aldehydu 3-
fosfoglicerynowego w 3 cząsteczki rybozo-5-fosforanu przez
odwrócenie reakcji opisanych wcześniej.

5 glukozo-6-fosforan + ATP => 6 rybozo-5-fosforan +

ADP + H+

Sytuacja 2: Zapotrzebowanie NADPH i rybozo-5-

fosforanu jest zrównoważone.

•

W takich warunkach dominującą reakcją jest
tworzenie w fazie utleniającej szlaku 2 cząsteczek
NADPH i jednej cząsteczki rybozo-5-fosforanu z
jednej cząsteczki glukozo-6-fosforanu.

Glukozo-6-fosforan + 2 NADP+ + H20 => rybozo-5-

fosforan + 2 NADPH + 2H+ + CO2

Sytuacja 3: Potrzeba znacznie więcej NADPH niż rybozo-

5-fosforanu.

•

W tej sytuacji glukozo-6-fosforan jest całkowicie utleniany do
CO2, działają 3 grupy reakcji:

1)

W fazie utleniającej szlaku tworzą się 2 NADPH i jedna
cząsteczka rybozo-5-fosforanu

6 glukozo-6-fosforan + 12NADP+ +6H20 => 6 rybozo-5-

fosforan + 12NADPH +12H+ + 5CO2

2) rybozo-5-fosforan jest przekształcony przez transketolazę i

transaldolazę we fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-

fosfoglicerynowy.

6 rybozo-5-fosforan => 4 fruktozo-6fosforan +2

aldehyd 3-fosfoglicerynowy

3) glukozo-6-fosforan jest ponownie syntetyzowany z fruktozo-

6-fosforanu i aldehydu w procesie glukoneogenezy.

4 fruktozo-6-fosforan + 2 aldehyd 3-fosfoglicerynowy +

H20 => 5 glukozo-6-fosforan + Pi

Jedna cząsteczka glukozo 6-fosforanu może być całkowicie

utleniona do Co2 z równoczesnym wytworzeniem NADPH.
W istocie rybozo-5-fosforan ze szlaku

pentozofosforanowego zostaje ponownie przetworzony w

glukozo-6-fosforan przez transketolazę, transaldolazę i

pewne enzymy glukoneogenezy.

SUMARYCZNIE:

Glukozo-6-fosforan+12NADP+ +7H20=> 6CO2 +

12NADPH + 12H+ + Pi

Sytuacja 4: Istnieje zapotrzebowanie zarówno na NADPH

jak i ATP:
Rybozo-5-fosforan powstający w fazie utleniającej

szlaku może zostać przekształcony do pirogronianu.
Fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosforglicerynowy

pochądzące z rybozo-5-fosfoanu zostają włączone do

szlaku glikolitycznego i raczej nie są ponownie

przekształcane w glukozo-6-fosforan.
Tym sposobem NADPH i ATP wytwarzane są

równocześnie a 5 z 6 atomów węgla glukozo-6-

gosforanu pojawia się w pirogronianie.

3 glukozo-6-fosforan + 6 NADP+ + 5 NAD+ + 5 Pi + 8ADP

=> 5 priogronian + 3CO2 + 6 NADPH + 5 NADH + 8ATP +

8H20 + 8H+

Tkanki, w których aktywny jest szlak

pentozofosforanowy:

Nadnercze

– synteza steroidów

Wątroba

– synteza kwasów tłuszczowych i

cholesterolu

Jądra

– synteza steroidów

Jajniki

– synteza steroidów

Tkanka tłuszczowa

– synteza kwasów tłuszczowych

Gruczoł mleczny

– synteza kwasów tłuszczowych

Krwinki czerwone

– utrzymywanie glutationu w

stanie zredukowanym