Cesta fosfátu pentózy - Pentose phosphate pathway

Dráha fosfátu pentózy

The pentóza fosfátová cesta (nazývané také fosfoglukonátová cesta a hexosmonofosfátový zkrat) je metabolická cesta paralela k glykolýza[1]. Generuje NADPH a pentózy (5-uhlík cukry ) stejně jako ribóza-5-fosfát, předchůdce syntézy nukleotidy[2]. Zatímco pentózo-fosfátová dráha zahrnuje oxidaci glukóza, jeho primární role je anabolický spíše než katabolický. Cesta je obzvláště důležitá v červené krvinky (erytrocyty).

V cestě jsou dvě odlišné fáze. První je oxidační fáze, ve které je generován NADPH, a druhá je neoxidační syntéza 5-uhlíkových cukrů. U většiny organismů probíhá pentózofosfátová cesta v cytosol; v rostlinách se většina kroků odehrává v plastidy.[3]

Podobný glykolýza, zdá se, že cesta pentózofosfátu má velmi starodávný evoluční původ. Reakce této dráhy jsou v moderních buňkách většinou katalyzovány enzymy, ale vyskytují se také neenzymaticky za podmínek, které replikují reakce Archean oceánu a jsou katalyzovány ionty kovů, zejména železný ionty (Fe (II)).[4] To naznačuje, že počátky této cesty by mohly sahat až do prebiotického světa.

Výsledek

Primárními výsledky cesty jsou:

Aromatické aminokyseliny jsou zase prekurzory mnoha biosyntetických drah, včetně lignin ve dřevě.[Citace je zapotřebí ]

Dietní pentózové cukry odvozené z trávení nukleových kyselin mohou být metabolizovány cestou pentózofosfátu a uhlíkové kostry dietních sacharidů mohou být převedeny na glykolytické / glukoneogenní meziprodukty.

U savců se PPP vyskytuje výhradně v cytoplazmě. U lidí se zjistilo, že je nejaktivnější v játrech, mléčných žlázách a kůře nadledvin.[Citace je zapotřebí ] PPP je jedním ze tří hlavních způsobů, jak tělo vytváří molekuly snižování energie, což představuje přibližně 60% produkce NADPH u lidí.[Citace je zapotřebí ]

Jedním z použití NADPH v buňce je prevence oxidační stres. Snižuje to glutathion přes glutathion reduktáza, který převádí reaktivní H2Ó2 do H2O od glutathionperoxidáza. Pokud chybí, H2Ó2 by se přeměnil na volné hydroxylové radikály pomocí Fentonova chemie, který může zaútočit na buňku. Erytrocyty například vytvářejí velké množství NADPH cestou pentózofosfátu, aby se použily při redukci glutathionu.

Peroxid vodíku je také generován pro fagocyty v procesu často označovaném jako a respirační výbuch.[5]

Fáze

Oxidační fáze

V této fázi jsou dvě molekuly NADP+ jsou sníženy na NADPH, využívající energii z přeměny glukóza-6-fosfát do ribulosa 5-fosfát.

Oxidační fáze fosfátové dráhy pentózy.
Glukóza-6-fosfát (1), 6-fosfoglukono-δ-lakton (2), 6-fosfoglukonát (3), 5-fosfát ribulózy (4)

Celá sada reakcí může být shrnuta následovně:

ReaktantyproduktyEnzymPopis
Glukóza 6-fosfát + NADP +→ 6-fosfoglukono-5-lakton + NADPHglukóza 6-fosfát dehydrogenázaDehydrogenace. Hydroxylová skupina na uhlíku 1 glukózo-6-fosfátu se přemění na karbonylovou skupinu za vzniku laktonu a v tomto procesu NADPH je generován.
6-fosfoglukono-5-lakton + H2Ó→ 6-fosfoglukonát + H+6-fosfoglukonolaktonázaHydrolýza
6-fosfoglukonát + NADP+→ ribulosa 5-fosfát + NADPH + CO26-fosfoglukonátdehydrogenázaOxidační dekarboxylace. NADP+ je akceptor elektronů, generující další molekulu NADPH, CO2, a ribulosa 5-fosfát.

Celková reakce na tento proces je:

Glukóza 6-fosfát + 2 NADP+ + H2O → ribulóza 5-fosfát + 2 NADPH + 2 H+ + CO2

Neoxidační fáze

Neoxidační fáze pentózo-fosfátové dráhy
ReaktantyproduktyEnzymy
ribulosa 5-fosfát→ ribóza-5-fosfátRibose-5-fosfát izomeráza
ribulosa 5-fosfát→ xylulóza 5-fosfátRibulóza 5-fosfát 3-epimeráza
xylulóza 5-fosfát + ribóza-5-fosfát→ glyceraldehyd-3-fosfát + sedoheptulosa 7-fosfáttransketolasa
sedoheptulosa 7-fosfát + glyceraldehyd-3-fosfát→ erythrose 4-fosfát + fruktóza 6-fosfáttransaldoláza
xylulóza 5-fosfát + erythrose 4-fosfát→ glyceraldehyd-3-fosfát + fruktóza 6-fosfáttransketolasa

Čistá reakce: 3 ribulóza-5-fosfát → 1 ribóza-5-fosfát + 2 xylulóza-5-fosfát → 2 fruktóza-6-fosfát + glyceraldehyd-3-fosfát

Nařízení

Glukóza-6-fosfátdehydrogenáza je enzym regulující rychlost této dráhy. to je alostericky stimulováno NADP+ a silně potlačeno NADPH.[6] Poměr NADPH: NADP+ je normálně asi 100: 1 v jaterním cytosolu[Citace je zapotřebí ]. Díky tomu je cytosol vysoce redukujícím prostředím. Cesta využívající NADPH tvoří NADP+, který stimuluje Glukóza-6-fosfátdehydrogenáza produkovat více NADPH. Tento krok také inhibuje acetyl CoA.[Citace je zapotřebí ]

G6PD aktivita je také posttranslačně regulována cytoplazmatickou deacetylázou SIRT2. SIRT2 zprostředkovaná deacetylace a aktivace G6PD stimuluje oxidační větev PPP k dodávání cytosolické NADPH působit proti oxidační poškození nebo podpora de novo lipogeneze.[7][8]

Erytrocyty

Bylo pozorováno několik nedostatků v úrovni aktivity (ne funkce) glukóza-6-fosfátdehydrogenázy spojené s rezistencí na malarického parazita Plasmodium falciparum mezi jednotlivci středomořského a afrického původu. Základem této rezistence může být oslabení membrány červených krvinek (erytrocyt je hostitelskou buňkou parazita), takže nemůže parazitní životní cyklus udržet dostatečně dlouho na produktivní růst.[9]

Viz také

Reference

  1. ^ Alfarouk, Khalid O .; Ahmed, Samrein B. M .; Elliott, Robert L .; Benoit, Amanda; Alqahtani, Saad S .; Ibrahim, Muntaser E .; Bashir, Adil H. H .; Alhoufie, Sari T. S .; Elhassan, Gamal O .; Wales, Christian C .; Schwartz, Laurent H .; Ali, Heyam S .; Ahmed, Ahmed; Forde, Patrick F .; Devesa, Ježíš; Cardone, Rosa A .; Fais, Stefano; Harguindey, Salvador; Reshkin, Stephan J. (2020). „Dynamika dráhy fosfátu pentózy u rakoviny a její závislost na intracelulárním pH“. Metabolity. 10 (7): 285. doi:10,3390 / metabo10070285.
  2. ^ Alfarouk, Khalid O .; Ahmed, Samrein B. M .; Elliott, Robert L .; Benoit, Amanda; Alqahtani, Saad S .; Ibrahim, Muntaser E .; Bashir, Adil H. H .; Alhoufie, Sari T. S .; Elhassan, Gamal O .; Wales, Christian C .; Schwartz, Laurent H .; Ali, Heyam S .; Ahmed, Ahmed; Forde, Patrick F .; Devesa, Ježíš; Cardone, Rosa A .; Fais, Stefano; Harguindey, Salvador; Reshkin, Stephan J. (2020). „Dynamika dráhy fosfátu pentózy u rakoviny a její závislost na intracelulárním pH“. Metabolity. 10 (7): 285. doi:10,3390 / metabo10070285.
  3. ^ Kruger, Nicholas J; von Schaewen, Antje (červen 2003). "Cesta oxidačního pentózo-fosfátu: struktura a organizace". Aktuální názor na biologii rostlin. 6 (3): 236–246. doi:10.1016 / S1369-5266 (03) 00039-6. PMID  12753973.
  4. ^ Keller, Markus A .; Turchyn, Alexandra V .; Ralser, Markus (25. dubna 2014). „Neenzymatická glykolýza a reakce podobné pentózofosfátové dráze v pravděpodobném archeanském oceánu“. Molekulární biologie systémů. 10 (4): 725. doi:10.1002 / msb.20145228. PMC  4023395. PMID  24771084. Citováno 23. února 2015.
  5. ^ Imunology ve společnosti MCG 1 / cytotox
  6. ^ Voet Donald; Voet Judith G. (2011). Biochemie (4. vydání). p. 894. ISBN  978-0470-57095-1.
  7. ^ Wang YP, Zhou LS, Zhao YZ, Wang SW, Chen LL, Liu LX, Ling ZQ, Hu FJ, Sun YP, Zhang JY, Yang C, Yang Y, Xiong Y, Guan KL, Ye D (červen 2014). „Regulace acetylace G6PD pomocí SIRT2 a KAT9 moduluje homeostázu NADPH a přežití buněk během oxidačního stresu“. EMBO Journal. 33 (12): 1304–20. doi:10.1002 / embj.201387224. PMC  4194121. PMID  24769394.
  8. ^ Xu SN, Wang TS, Li X, Wang YP (září 2016). „SIRT2 aktivuje G6PD za účelem zvýšení produkce NADPH a podpory množení leukemických buněk“. Sci Rep. 6: 32734. doi:10.1038 / srep32734. PMC  5009355. PMID  27586085.
  9. ^ Cappadoro M, Giribaldi G, O'Brien E a kol. (Říjen 1998). „Včasná fagocytóza erytrocytů s nedostatkem glukóza-6-fosfát dehydrogenázy (G6PD) parazitovaných Plasmodium falciparum může vysvětlovat ochranu proti malárii u deficitu G6PD“. Krev. 92 (7): 2527–34. PMID  9746794. Archivovány od originál dne 28. 8. 2009. Citováno 2009-06-27.

externí odkazy