Pentózofosfátový cyklus

Pentosový cyklusPentózofosfátový cyklus Pentózofosfátový cyklus (také pentózový cyklus, hexózamonofosfátový zkrat či HMP zkrat) je metabolická dráha, pomocí které se v buňce produkuje NADPH a pětiuhlíkaté sacharidy (pentózy). Vzniklé NADPH je využíváno v anabolických dějích (hlavně syntéza mastných kyselin a steroidních látek), zatímco pentózy mohou dát vzniknout ribóze, která je důležitá pro syntézu RNA i DNA. Z důvodu výstavby lipidů a steroidů probíhá pentózofosfátový cyklus hlavně v játrech, tukové tkáni, mléčných žlázách, vaječnících, varlatech a kůře nadledvin.

Pentosofosfátový cyklus je analogickým odbouráváním glukózy ke glykolýze, při kterém ovšem nevzniká ATP, ale pouze zredukovaný analog NADH - NADPH. Za přibližně 30 % glukózy degradované v játrech je zodpovědný právě pentózofosfátový cyklus. +more Pro živočišné a houbové buňky je pentózofosfátový cyklus hlavním zdrojem redukované formy tohoto kofaktoru (u rostlin takto slouží světelná fáze fotosyntézy).

Pentosofosfátový cyklus lze zapsat souhrnnou rovnicí: 6 Glc-6-P + 12 NADP+ → 5 Fru-6-P + 6 CO2+ 12 NADPH + 12 H+

Pentosofosfátový cyklus lze rozdělit do tří fází - oxidace a vznik NADPH, epimerizace a izomerizace, transaldolázové a transketolázové reakce. Někdy bývá první fáze označovaná také za oxidační (oxidativní) pentosofosfátovou dráhu a další dvě dráhy za neoxidační (neoxidativní) pentosofosfátovou dráhu

Oxidace a vznik NADPH

Látkou, která vstupuje do pentosofosfátového cyklu, je glukóza-6-fosfát (Glc-6-P), která může vznikat dvěma způsoby - fosforylací glukózy nebo štěpením glykogenu (následované izomerací vzniklé glukózy-1-fosfátu na glukózu-6-fosfát). Během dvou následných oxidacích je glukóza-6-fosfát přeměněna na ribulózu-5-fosfát (pentózu o jeden uhlík kratší) za vzniku dvou molekul NADPH a jedné molekuly CO2.

V prvním kroku je oxidována glukóza-6-fosfát na prvním uhlíku za vzniku cyklického esteru - laktonu : 6-fosfo-glukono-δ-laktonu (δ značí, že hydroxylová skupina pro vznik esteru se nachází na δ-uhlíku). Při oxidaci vzniká první redukovaná molekula NADPH.

Vzniklý lakton se spontánně nebo enzymaticky štěpí za vzniku kyseliny 6-fosfoglukonové, která je substrátem pro další oxidaci, tentokrát na třetím uhlíku. Vzniká nestabilní kyselina 3-oxo-6-fosfoglukonová (β-oxokyselina), která spontánně dekarboxyluje (dekarboxylace β-oxokyselin). +more Vzniká ribulóza-5-fosfát spolu s druhou molekulou NADPH a CO2.

Pentosofosfátový cyklus

Epimerizace a isomerizace

Vzniklý ribulóza-5-fosfát je izomerací (resp. epimerací) přeměněn na další pentózy - xylulóza-5-fosfát a ribóza-5-fosfát. +more Ribóza (i xylulóza) může být využita v další části cyklu za vzniku fruktózy-6-fosfátu, nebo může být v případě potřeby využita k syntéze nukleotidů (a deoxyribonukleotidů) pro syntézu RNA a DNA. Naopak nadbytečná ribóza (např. z potravy) může být v další části cyklu přeměněna na fruktózu a využita v glykolýze, pentosofosfátovém cyklu, popříkladě k výstavbě glykogenu).

Transketolázové a transaldolázové reakce

transketolázy transaldolázy

Působením enzymů transketolázy a transaldolázy dochází ke přeskupování dvou- a tříuhlíkatých zbytků, které nakonec dává vzniknout fruktóze-6-fosfátu.

Transketolázy

Transketoláza přenáší dvouuhlíkaté zbytky. (Trans)ketolázy obecně rozpoznávají tzv. +more acyloinovou strukturu, kterou jsou schopné štěpit i syntetizovat. Jako kofaktor, který přenáší dvouuhlíkaté zbytky ketolázám slouží thiaminpyrofosfát (TPP).

Transaldolázy

Transaldolázy přenáší tříuhlíkaté zbytky. (Trans)aldolázy obecně rozpoznávají aldolovou strukturu, kterou jsou schopné štěpit a syntetizovat. +more V aktivním centru aldoláz se nachází lysin, který katalyzuje reakci přes Schiffovu bázi.

NADP+/NADPH

NADP+ neboli nikotinamidadenindinukleotidfosfát je fosforylovaná forma NAD+ (nikotinamiddinukletid). Stejně jako NAD+ i NADP+ je kofaktorem oxidoreduktáz (enzymů katalyzujících oxidoredukční děje). +more Přestože rozdíl mezi nimi není veliký, metabolicky jsou většinou nezaměnitelné. Zatímco NAD+/NADH dodává protony (H+) a elektrony (e−) do dýchacího řetězce v mitochondrii, kde jsou využity nepřímo na syntézu ATP, NADP+/NADPH je využíván v cytoplazmě k syntetickým procesům (například syntéze mastných kyselin, steroidních látek, nebo oxidu dusnatého). NADPH je také využíváno makrofágy k produkci baktericidních kyslíkových radikálů (jako jsou peroxidový a superoxidový), pomocí enzymu NADPH oxidázy (oxidační/respirační vzplanutí)

Enzymy

Regulace

Klíčovým enzymem pro regulaci pentosofosfátového cyklu je glukóza-6-fosfátdehydrogenáza (G6PD). Tento enzym je aktivován NADP+. +more To znamená, že jestliže buňka syntetizuje a spotřebovává NADPH, narůstá koncentrace NADP+ a tím i aktivita glukóza-6-fosfátdehydrogenázy. V některých tkáních je navíc tento enzym částečně i pod hormonální kontrolou.

Poruchy

Přibližně 400 milionů lidí na světě trpí vrozenou deficiencí (nedostatkem) enzymu glukóza-6-fosfátdehydrogenázy (G6PD) (pravděpodobně nejčastější enzymová deficience vůbec). Lidé trpící touto chorobou jsou více náchylní k oxidačnímu stresu, což se projevuje hlavně předčasnou degradací jejich červených krvinek (hemolytická anémie). +more Deficience G6PD je většinou důsledkem mutace, která snižuje jeho stabilitu. Červené krvinky jsou bezjaderné buňky, kterou jsou transkripčně neaktivní a nemohou si tedy doplňovat zásoby G6PD. Vlivem nestability jsou koncentrace aktivního enzymu v těchto krvinkách velmi nízké a při zvýšeném oxidačním stresu jsou tyto buňky nenávratně poškozeny. G6PD nepřímo ovlivňuje oxidoredukční prostředí v buňce produkcí NADPH. Tento kofaktor je totiž nezbytný k regeneraci glutathionu. Glutathion (GSH) je tripeptid (peptid složený ze tří aminokyselin), který chrání buňku před oxidačním stresem. Obsahuje cystein, jehož thiolová skupina může být oxidována glutathionperoxidázou za tvorby S-S můstku mezi dvěma molekulami glutathionu (GSSG):.

2 GSH + R-O-O-H (peroxid) → GSSG + ROH +H2O

Ke zpětné redukci oxidovaného glutathionu (GSSG) je zapotřebí enzymu glutathionreduktázy, která jako kofaktor používá právě NADPH.

Deficience G6PD se vyskytuje hlavně v malarických oblastech, podobně jako srpkovitá anémie pravděpodobně zvyšuje odolnost lidí vůči malárii.

Propojení s glykolýzou

Pentosofosfátový cyklus úzce souvisí s glykolýzou. Obě metabolické dráhy spolu sdílí některé klíčové metabolity, které umožňují pružné přepínání mezi nimi podle aktuálních potřeb buňky (hlavně nedostatek ATP, NADPH nebo ribózy). +more Jsou to glukóza-6-fosfát, fruktóza-6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát.

550px

Odkazy

Reference

Literatura

Voet D. , Voet JG, Pratt CW, "Fundamentals of biochemistry, life at molecular level" 2nd edition, 2006 John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd, * Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. +more „Harper’s illustrated biochemistry“ 26th edition (2003), The McGraw-Hill Companies, Inc,.

Související články

glykolýza * fotosyntéza * syntéza mastných kyselin * ribóza * oxid dusnatý * NADPH-oxidáza * makrofág * anémie * malárie

Externí odkazy

ekniha (v angličtině) [url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=stryer.TOC&depth=2]Biochemistry, Stryer, 5th edition[/url]

Kategorie:Metabolické dráhy Kategorie:Pentózy