Szlak pentozofosforanowy (szlak heksozomonofosforanowy, szlak fosfoglukonianowy) – ciąg
reakcji
biochemicznych, podczas których
glukozo-6-fosforan
jest
utleniany
do
rybozo-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 w
tkance tłuszczowej
, gruczołach mlecznych i
korze nadnerczy
oraz cytoplazmie i
chloroplastach
komórek roślinnych. Opisane poniżej reakcje nazywane są oksydacyjnym szlakiem pentozofosforanowym. Te same enzymy wykorzystywane są w szlaku określanym jako redukcyjny szlak pentozofosforanowy służącego do odtworzenia z aldehydu fosfoglicerynowego
rybulozo-1,5-bisfosforanu
w fazie regeneracyjnej
cyklu Calvina
zachodzącego 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
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
Podczas tej fazy
glukozo-6-fosforan
zostaje przekształcony w
rybulozo-5-fosforan
. Jednocześnie dwie
cząsteczki
NADP+
zostają zredukowanie do
NADPH
+H+.
Faza oksydacyjna szlaku pentozofosforanowego
Faza nieoksydacyjna
Podczas tej fazy
rybulozo-5-fosforan
zostaje przekształcony w
rybozo-5-fosforan
lub ulega wieloetapowym przekształceniom w
metabolity
glikolizy
.
Faza nie oksydacyjna szlaku pentozofosforanowego
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 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
Szlak pentozofosforanowy spełnia kilka funkcji w metabolizmie komórek:
- Rybulozo-5-fosforan jest zażywany do syntezy
nukleotydów
budujących
RNA
oraz jest prekursorem
deoksyrobozy
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 krwinkach czerwonych nie posiadających mitochondriów jest jedynym sposobem na wytworzenie siły redukcyjnej w postaci NADPH niezbędnej do redukowania
glutationu
i ochrony komórki przez stresem 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 zwieszając wydajność tego procesu.
Szlak pentozofosforanowy a malaria
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
Przypisy
Bibliografia
- Metabolizm węglowodanów. W: B.D.Hames, N.M.Hooper: Krótkie wykłady. Biochemia. Warszawa:
Wydawnictwo Naukowe PWN
, 2004.
- Szlak pentozofosforanowy i glukoneogeneza. W: Lubert Stryer: Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997. .
- Szlak pentozofosforanowy. W: Edward Bańkowski: Biochemia. Podręcznik dla studentów uczelni medycznych. Wrocław: Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, 2004. .