Szlak pentozofosforanowy
Szlak pentozofosforanowy (szlak heksozomonofosforanowy, szlak fosfoglukonianowy, cykl pentozofosforanowy) – ciąg reakcji biochemicznych, podczas których glukozo-6-fosforan jest utleniany do rybulozo-5-fosforanu oraz wytwarzany jest NADPH. Głównym celem jest dostarczanie komórce NADPH niezbędnego do przeprowadzania reakcji redukcji w cytoplazmie oraz synteza pentoz.
Reakcje szlaku zachodzą w cytozolu, przede wszystkim tkanki tłuszczowej, gruczołów mlekowych, wątroby, erytrocytów, jąder i kory nadnerczy oraz cytoplazmie i plastydach komórek roślinnych. Opisane poniżej reakcje nazywane są oksydacyjnym szlakiem pentozofosforanowym. Te same enzymy wykorzystywane są w szlaku określanym jako redukcyjny szlak pentozofosforanowy, służącym do odtworzenia z aldehydu fosfoglicerynowego rybulozo-1,5-bisfosforanu w fazie regeneracyjnej cyklu Calvina, zachodzącej w fotosyntetyzujących komórkach roślinnych. Wykorzystanie tych samych enzymów w cyklach reakcji o różnym efekcie końcowym pokazuje swoistą oszczędność ewolucji.
Sumaryczna reakcja szlaku:
- glukozo-6-fosforan + 2 NADP+ + H2O → rybozo-5-fosforan + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
Przebieg szlaku
[edytuj | edytuj kod]W przebiegu szlaku pentozofosforanowego można wyróżnić dwie fazy. Pierwsza – faza oksydacyjna, podczas której powstaje NADPH oraz druga – faza nieoksydacyjna, podczas której powstają pentozy oraz cukry o 3, 4 i 7 atomach węgla.
Faza oksydacyjna
[edytuj | edytuj kod]Podczas tej fazy glukozo-6-fosforan zostaje przekształcony w rybulozo-5-fosforan. Jednocześnie dwie cząsteczki NADP+ zostają zredukowanie do NADPH+H+.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Oxidative_phase_of_pentose_phosphate_pathway.svg/600px-Oxidative_phase_of_pentose_phosphate_pathway.svg.png)
Substraty | Produkty | Enzym | Opis |
Glukozo-6-fosforan + NADP+ | → 6-fosfoglukono-δ-lakton + NADPH+H+ | dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa | Utlenienie. Grupa hydroksylowa przy węglu 1 zostaje przekształcona w grupę ketonową, jednocześnie powstaje NADPH+H+. |
6-fosfoglukono-δ-lakton + H2O | → 6-fosfoglukonian + H+ | 6-glukonolaktonaza | Hydroliza |
6-fosfoglukonian + NADP+ | → rybulozo-5-fosforan + NADPH+H+ + CO2 | dehydrogenaza 6-fosfoglukonianowa | Oksydacyjna dekarboksylacja. Przyjmując elektron NADP+ przekształca się w następną cząsteczkę NADPH+H+. Jednocześnie 6-węglowy łańcuch zostaje skrócony do 5-węglowego. |
Faza nieoksydacyjna
[edytuj | edytuj kod]Podczas tej fazy rybulozo-5-fosforan zostaje przekształcony w rybozo-5-fosforan lub ulega wieloetapowym przekształceniom w metabolity glikolizy.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/57/Non-oxidative_phase_of_pentose_phosphate_pathway.svg/600px-Non-oxidative_phase_of_pentose_phosphate_pathway.svg.png)
Reakcje tego etapu 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, które są metabolitami glikolizy, zgodnie z przedstawionymi reakcjami. 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 w metabolizmie
[edytuj | edytuj kod]Szlak pentozofosforanowy spełnia kilka funkcji w metabolizmie komórek:
- Rybozo-5-fosforan jest zażywany do syntezy nukleotydów budujących RNA oraz jest prekursorem deoksyrybozy wchodzącej w skład nukleotydów budujących DNA
- NADPH służy jako reduktor w wielu reakcjach biosyntezy zachodzących 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 (w czasie laktacji, ponieważ poza okresem laktacji gruczoły mleczne przeprowadzają szlak pentozofosforanowy w niewielkim stopniu).
- W krwinkach czerwonych, nieposiadających mitochondriów, jest jedynym sposobem na wytworzenie siły redukcyjnej w postaci NADPH niezbędnej do redukowania glutationu i ochrony komórki w stresie oksydacyjnym.
- W komórkach roślinnych erytrozo-4-fosforan bierze udział w syntezie aminokwasów aromatycznych, lignin, związków fenolowych i flawonoidów.
- W warunkach wysokiego zapotrzebowania na siłę redukcyjną (NADPH) i ATP zwiększa produkcję metabolitów glikolizy, zwiększając wydajność tego procesu.
Szlak pentozofosforanowy a malaria
[edytuj | edytuj kod]Zauważono, że genetycznie uwarunkowany niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej występuje znacznie częściej u Amerykanów pochodzenia afrykańskiego (11%) niż Amerykanów pochodzących z innych kontynentów. Zostało wykazane, że niedobór enzymu szlaku pentozofosforanowego jest czynnikiem chroniącym przed malarią. Pasożyt – Plasmodium falciparum – wywołujący chorobę do rozwoju potrzebuje glutationu, będącego metabolitem opisanego powyżej szlaku[1].
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]Przypisy
[edytuj | edytuj kod]Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- Metabolizm węglowodanów. W: B.D.Hames, N.M.Hooper: Krótkie wykłady. Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2004.
- Szlak pentozofosforanowy oraz inne szlaki przemian heksoz. W: R. K. Murray, D. K. Granner, V. W. Rodwell: Biochemia Harpera. Warszawa: PZWL, 2015.
- Szlak pentozofosforanowy i glukoneogeneza. W: Lubert Stryer: Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997. ISBN 83-01-12044-4.
- Szlak pentozofosforanowy. W: Edward Bańkowski: Biochemia. Podręcznik dla studentów uczelni medycznych. Wrocław: Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, 2004. ISBN 83-89581-10-8.