Cykl pentozofosforanowy

Ravage von sturmberg

Ogólna definicja

Szlak pentozofosforanowy jest to ciąg reakcji biochemicznych,
podczas których glukozo-6-fosforan jest utleniany do rybozo-5
fosforanu oraz wytarzany jest NADPH. Głównym jego celem jest
dostarczenie komórce NADPH niezbędnego do przeprowadzania
reakcji redukcji w cytoplaźmie oraz synteza pentoz, cechy te
jednak dokładniej zostaną omówione później.

Glukoza, fruktoza i galaktoza są ilościowo głownymi cukrami
prostymi wchłanianymi z przewodu pokarmowego i przenikającymi
następnie do układu wrotnego. Ich podstawowym źródłem jest
skrobia, sacharoza i laktoza występujące w pożycwieniu. Specjalne
szlaki metaboliczne do przemiany fruktozy i galaktozy w glukoze
wykształciły się głównie w wątrobie.
Głównym szlakiem metabolicznym odpowiedzialnym za katabolizm
glukozy jest glikolizy. Alternatywną drogą utleniania glukozy jest
własnie wspomniany Szlak pentozofosforanowy.

Generalnie Cykl pentozofosforanowy sumarycznie możemy napisać

następująco:

glukozo-6-fosforan + 2NADP + H20-->rybozo-5-fosforan + 2NADPH

+ 2H +Co2 (krótki opis)

Enzymy niezbędne przy zachodzeniu omawianego szlaku, podobnie

jak w przypadku glikolizy, znajdują się w cytozolu i dalej
zostanę dokładnie wymienione.

W szlaku Pentozofosforanowym mozemy wyrożnić dwie fazy:

pierwsza jest tzw oksydacyjna, podczas którego glukozo-6-
fosforan ulega odwodorowaniu i dekarboksylacji do rybulozo-5-
fosforanu, na drodze czego powstaje NADPH, oraz faza druga
tzw nieoksydacyjna w której wymienony fosforan pentozy ulega
przekształceniu w toku wielu reakcji do GLc-6-P, głównie z
udziałem transketolazy i transaldolazy, podczas ktorej powstają
pentozy oraz cukry o 3, 4 i 7 atomach węgla.

faza oksydacyjna

Tak jak wcześniej: podczas tej fazy glukozo-6-fosforan zostaje
przekształcony w rybulozo-5-fosforan. Jednocześnie dwie
cząsteczki NADP+ zostają zredukowane do NADPH i H+.
Podczas pierwszej reakcji tej fazy dochodzi do procesu utlenienia,
podczas której grupa hydroksylowa przy węglu Glukozo-6-
fosforanu zostaje przekształcona w grupę ketonową dając produkt
w postaci 6-fosfoglukono-delta-laktonu(D-glukono-delta-lakton-6-
P). Jednocześnie z NADP powstaje NADPH oraz jony H+.
Enzymem niezbędnym do zachodzenia pierwszej reakcji fazy
oksydacyjnej jest dehydrogeneza-6-fosforanowa.
podczas drugiej reakcji dochodzi do hydrolizy w wyniku czego pod
wpływem wody z 6-fosfoglukono-delta-laktonu powstaje 6-
fosfoglukonian(kwas 60-P-glukonowy) i powstają jony H+.
Enzymem biorącym udział jest 6-glukonolaktonaza.
w trzecim etapie dochodzi do oksydacyjnej dekarboksylacji. Pod
wpływem dehydrogenazy 6-fosfogukonianowej NADP+ przyjmuje
elektron w wyniku czego przekształca się w cząsteczkę NADPH i
kationy H(ponownie). Jednocześnie poprzez przejście 6-
glukonianu w rybulozo-5-fosforan, 6-węglowy łańcuch zostaje
skrócony do 5-węglowego. Nieuchwytnym metabolitem pośrednim
tej reakcji jest kwas 6-fosfo-3-oksoglukonowy.

faza
nieoksydacyjna

Faza

nieoksydacyjna

W tej fazie cyklu pentozofosforanowego powstały w fazie oksydacyjnej
rybulozo-5-fosforan może albo zostać przekształcony w rybozo-5-fosforan
albo może ulec wieloetapowym przekształceniom w wyniku których powstają
metabolity glikolizy.
- w pierwszym etapie tej fazy wspomniany rybulozo-5-fosforan za
pośrednictwem izomerazy pentozofosforanowej może zostać w rybozo-5-
fosforan(ten albo wychodzi se szlaku i bierze udział w syntezie nukleotydów
albo przez transketolazę tworzy sedoheptulozo-7-fosforan), lub za
pośrednictwem drugiego enzymu-epimerazy pentozofosforanowej może dać
ksylulozo-5-fosforan.
-w kolejnym etapie powstałe w ten sposób dwa produkty, stają się teraz
substratami i dają początek, za pośrednictwem transketolazy aldehydowi 3-
fosfoglicerynowemu oraz sedoheptulozo-6-fosforanowi.
-kolejna reakcja polega na połączeniu tych dwóch ostatnich i ponowne
powstanie produktów, tym razem w postaci erytrozo-4-fosforanu i fruktozo-
6-fosforanu. Reakcja zachodzi za pośrednictwem enzymu transaldolazy.
-teraz powstały erytrozo-4-fosforan łączy się z pojawiającym się już na
początku tej fazy ksylulozo-5-fosforanem dając aldehyd 3-fosfoglicerynowy
oraz fruktozo-6-fosforan. Całość wspomagana jest przez ponownie
pojawiający się enzym transketolazę. Izomeraza glukofosforanowa powoduje
przekształcenie cząsteczek ufosforylowanej fruktozy w glukozo-6-fosforan.
Przez glukozo-6-fosforan i fruktozo-6-fosforan omawiany szlak łączy się z
ciągiem glikolityczny,a przez gliceroaldehydo-3-P-dodatkowo z przemianą
pośrednią glicerolu.

Reakcje zachodzące w tej fazie są odwracalne. Jeśli
zapotrzebowanie w komórce na NADPH jest większe niż na
rybozo-5-fosforan, zostaje on przekształcony we fruktozo-6-
fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy, ktore są metabolitami
glikolizy, jak pokazują to reakcje. Jeśli natomiast zapotrzebowanie
na rybozo-5-fosforan jest znacznie większe niż na NADPH,
transketolaza i transaldolaza przekształcają fruktozo-6-fosforan i
aldehyd-3-fosfoglicerynowy, pobrane z glikolizy, w rybozo-5-
fosforan.

Funkcje szlaku pentozofosforanowego

a) dostarcza on organizmom ufosforylowanej D-rybozy, niezbędnej do biosyntezy

nukleotydów, a tym samym i kwasów nukleinowych

b) wytarza on zredukowanego NADP jako równoważnika

redukcyjnego(szczególne znaczenie ma to u zwierząt które nie przeprowadzają
fotosyntezy)-zredukowana forma NADP jest niezbędna do syntez redukcyjnych,
m.in do biosyntezy kwasów tłuszczowych, zwiazków steroidowych i kwasu L-
askorbinowego oraz do przekształcenia rybozy w 2-deoksyrybozę i kwasu
foliowego w aktywny biologicznie kwas tetrahydrofoliowy.(NADPH służy jako
reduktor w wielu reakcjach bosyntezy zachodzacych w cytozolu. Bierze udział
w syntezie steroidów w komórkach nadnerczy, jąder i jajników oraz w syntezie
kwasów tłuszczowych w komórkach wątroby, tkance tłuszczowej i gruczołach
mlecznych)

c) współuczestniczy w wytwarzaniu endogennego Co2, wykorzystywanego przez

organizm do biosyntezy karbamoilofosforanu do procesów karboksylacji

d) w komórkach roślinnych erytrozo-4-fosforan bierze udział w syntezie

aminokwasów aromatycznych, lignin, związków fenolowych i flawonoidów

e) w warunkach wysokiego zapotrzebowania na siłe redukcyjną(NADPH) i ATP

zwiększa produkcję metabolitów glikolizy zwiększając wydajność tego procesu.