Put pentoza-fosfata
Put ili ciklus pentoza-fosfata (eng. Penthose phosphate pathway, PPP) je metbolički put kojim stanice proizvode šećere s pet atoma ugljika (pentoze) i reducirani nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH). Ovaj je metabolički put paralelan glikolizi i djelomično s njom povezan. Kod većine organizama put pentoza fosfata se odvija u citoplazmi, jedino se kod biljaka odvija u plastidima.[1]
Tijek ovog metaboličkog puta može biti podijeljen u dvije faze: oksidativnu i neoksidativnu.
Najvažniji metabolički produkti puta pentoza fosfata su:
- reducirani koenzim NADPH. NADPH potom ulazi u različite procese biosinteze kao npr. masnih kiselina i kolesterola,
- riboza-5-fosfat, koji ulazi u procese sinteze nukleotida,
- eritroza-4-fosfat, koji ulazi u proces sinteze aromatskih aminokiselina.
Pentoze koje se unose putem hrane, kao rezultat razgradnje nukleinskih kiselina mogu biti metabolizirane u putu pentoza fosfata.
Kod životinja se put pentoza fosfata odvija isključivo u citoplazmi. Organi u kojima je ovaj proces posebno aktivan su jetra, mliječna žlijezda dojke, korteks nadbubrežne žlijezde, jajnici i testisi. Proces je odsutan u mišićima. Put pentoza fosfata je jedan od najvažnijih načina sinteze molekula s reducirajućim djelovanjem i odgovoran je za 60% proizvodnje NADPH kod metabolizma čovjeka. NADPH u stanicama ima ulogu inaktiviranja štetnog djelovanja molekula koje izazivaju oksidativni stres. Enzim glutation reduktaza koristi NADPH kako bi reducirala oksidirani oblik glutationa (GSSG) u njegov reducirani oblik (GSH). Reducirani se glutation u daljnjim reakcijama koristi kao reducirajuća molekula koja pretvara potencijalno štetni vodikov peroksid (H2O2) u vodu. Ovaj je mehanizam posebno prisutan kod crvenih krvnih zrnaca (eritrocita) i njihov je jedini izvor NADPH.
U ova se faza metaboličkog puta odvija u tri reakcije pri kojima se jedna molekula glukoze-6-fosfata pretvara u ribulozu-5-fosfat. Tijekom reakcije dvije se molekule NADP+ reduciraju u NADPH.[2]
U tablici niže sažet je tijek enzimskih reakcija:
| Reaktanti | Produkti | Enzim | Opis reakcije |
| Glukoza-6-fosfat + NADP+ | → 6-fosfoglukono-δ-lakton + NADPH | glukoza-6-fosfat dehidrogenaza | Dehidrogenacija. Hemiacetalna hidroksilna grupa smještena na ugljiku 1 glucoze 6-fosfat pretvara se u karbonilnu skupinu, generirajući tako lakton. Pri tom se procesu stvara jedna molekula NADPH. |
| 6-fosfoglukono-δ-lakton + H2O | → 6-fosfoglukonat + H+ | 6-fosfoglukonolaktonaza | Hidroliza |
| 6-fosfoglukonat + NADP+ | → ribuloza 5-fosfat + NADPH + CO2 | 6-fosfoglukonat dehidrogenaza | Oksidativna dekarboksilacija. Tijekom ove reakcije NADP+ se reducira u još jednu molekulu NADPH, i kao produkt nastaje ugljikov dioksid (CO2) i ribuloza 5-fosfat. |
Zbirna stehiometrijska jednadžba oksidativne faze je:
- Glukoza-6-fosfat + 2 NADP+ + H2O → ribuloza-5-fosfat + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
U ovoj fazi puta pentoza fosfata, koja se sastoji od niza složenih reakcija, dolazi do konverzije ribuloze-5-fosfata u konačne produkte giceraldehid-3-fosfat i fruktozu-6-fosfat. Ovi produkti potom ulaze u proces glikolize kao reaktanti. Sve enzimatske reakcije neoksidativne faze su reverzibilne i ovise o koncentraciji različitih supstrata.[2]
Prva je reakcija epimerizacija konačnog produkta oksidativne faze, šećera ribuloze-5-fosfata u ksilulozu-5-fosfat od strane enzima pentoza-5-fosfat epimeraze. Ribuloza-5-fosfat može ući i u reakciju izomerizacije preko enzima pentoza-5-fosfat izomeraze pri čemu nastaje riboza-5-fosfat.
U sljedećoj fazi ksiluloza-5-fosfat i riboza-5-fosfat ulaze u proces rekombiniranja dva atoma ugljika od strane enzima transketolaze pri čemu nastaju sedoheptuloza-7-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat.
Ova dva produkta postaju supstrati sljedeće reakcije rekombiniranja atoma ugljika od strane enzima transaldolaze i kao produkt nastaju fruktoza-6-fosfat i eritroza-4-fosfat. Frukoza-6-fosfat može izravno ući u proces glikolize kao supstrat, dok se eritroza-4-fosfat mora dodatno obraditi. Enzim transketolaza rekombinira ugljikove atome eritroze-4-fosfata sa ksilulozom-5-fosfat dobivenom iz prve reakcije epimerizacije i kao produkti nastaju fruktoza-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat. Oba novonastala produkta mogu ući u glikolizu kao supstrati. Osim u proces glikolize, fruktoza-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat mogu ući i u metabolički put glukoneogeneze ako organizam ima potrebu za sintezom glukoze.
Na slici je prikazana skica neoksidativne faze puta pentoza fosfata:
.svg)
Sve enzimatske reakcije neoksidativne faze puta pentoza fosfata sažete su u tablici niže:
| Reaktanti | Produkti | Enzim |
| ribuloza-5-fosfat | → riboza-5-fosfat | ribuloza-5-fosfat isomeraza |
| ribuloza-5-fosfat | → ksiluloza-5-fosfat | Ribuloza-5-fosfat 3-epimeraza |
| ksiluloza-5-fosfat + riboza-5-fosfat | → gliceraldehid-3-fosfat + sedoheptuloza-7-fosfat | transketolaza |
| sedoheptuloza-7-fosfat + gliceraldeid-3-fosfat | → eritroza-4-fosfat + fruktoza-6-fosfat | transaldolaza |
| ksluloza-5-fosfat + eritroza-4-fosfat | → gliceraldehid-3-fosfat + fruktoza-6-fosfat | transketolaza |
Ovaj je metabolički put izuzetno prilagodljiv potrebama stanice za različitim supstratima zahvaljujući povratnosti enzimatskih reakcija. Reakcije će se odvijati u određenom smjeru zavisno o koncentraciji i potrebama ATP, NADPH, riboze-5-fosfata, piruvata ili acetil-CoA u stanici.
Prvi enzim u nizu reakcija, glukoza-6-fosfat dehidrogenaza je najviše podložan regulaciji. Inhibiran je od visokih koncentracija NADPH u citoplazmi, pošto je isti produkt same reakcije. Omjer NADPH/NADP+ veći od 10 inhibira aktivnost enzima za više od 90%. Ostali inhibitori ovog enzima su ADP i AMP, dok ATP ima ulogu aktivatora.
Put pentoza fosfata je izuzetno snažno aktiviran u stanicama masnog tkiva, gdje postoji višak glukoze, koja se pretvara u masne kiseline i velika potreba za NADPH, koji ulazi u proces biosinteze masnih kiselina. Kao produkt osidativne faze puta pentoza fosfata nastaje NADPH, kojeg stanica odmah koristi kao kofaktor, dok se riboza-5-fosfat do kraja transformira u fruktozu-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat koji ulaze u reakciju glikolize. Stanice masnog tkiva nisu posebno aktivna u replikaciji, stoga nemaju posebnu potrebu akumuliranja riboze, pošto je sinteza nukleinskih kiselina minimalna. Glikoliza pak daje stanici acetil-CoA kao konačni produkt, koji je pak osnovni supstrat za sintezu masnih kiselina. U mišićnom su tkivu potrebe za NADPH vrlo male, dok su potrebe za glukozom-6-fosfat velike, stoga će put pentoza fosfata biti neaktivan.[3]
Stanice koje se nalaze u fazi aktivne replikacije imaju velike potrebe za ribozom-5-fosfat kako bi moglo doći do sinteze nukleinskih kiselina. Kod tih stanica može doći do inverzije neoksidativne faze puta pentoza fosfata, pri čemu dolazi do formiranja riboze-5-fosfata počevši od gliceraldehida-3-fosfat i fruktoze-6-fosfata kao početnih supstrata.[4]
- ↑ Kruger NJ, von Schaewen A. Lipanj 2003. The oxidative pentose phosphate pathway: structure and organisation. Curr. Opin. Plant Biol. 6 (3): 236–46. doi:10.1016/S1369-5266(03)00039-6. PMID 12753973
- ↑ a b Wamelink MM, Struys EA, Jakobs C. The biochemistry, metabolism and inherited defects of the pentose phosphate pathway: a review. J Inherit Metab Dis. prosinac 2008.; 31(6):703-17. Review
- ↑ Mailloux RJ, Harper ME. Glucose regulates enzymatic sources of mitochondrial NADPH in skeletal muscle cells; a novel role for glucose-6-phosphate dehydrogenase.FASEB J. srpanj 2010.; 24(7):2495-506.
- ↑ http://bloodjournal.hematologylibrary.org/cgi/content/full/92/7/2527 Early Phagocytosis of Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase (G6PD)-Deficient Erythrocytes Parasitized by Plasmodium falciparum May Explain Malaria Protection in G6PD Deficiency]
- (engl.)The chemical logic behind the pentose phosphate pathway Arhivirana inačica izvorne stranice od 30. travnja 2006. (Wayback Machine)
- (engl.)MeSH Pentose+Phosphate+Pathway
- (engl.)Pentose phosphate pathway Map - Homo sapiens
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||