Szlak pentozofosforanowy
Prowadzi do powstania NADPH i odpowiada
za syntezę cukrów pięciowęglowych.
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