calea de fosfat pentoză

cale fosfat pentoze (FFS, monofosfat șunt hexoză, cale fosfoglyukonatny) - calea metabolică a conversiei glucozei necesară pentru a produce reducerea echivalenții NADPH utilizate în biosinteza multor substanțe, în special acizi grași și colesterolul și riboză-5-fosfat, care este un precursor important formarea de nucleotide. Are loc în citoplasmă celulelor procariote, fungi, plante și animale.

In organismele fotosintetice pentozo enzime cale de fosfat are multe în comun cu ciclul Calvin.

Istoricul cercetării

Prima dovadă a existenței căii fosfat pentozo a fost Otto Warburg în 1930. A studiat oxidarea glucozei-6-fosfat la 6 phosphogluconate și a fost deschis NADP +. Alte observații au arătat că respirația celulară continuă chiar și în prezența unor concentrații mari de fluor, în ciuda faptului că acești compuși inhibă enzima enolaza blocarea glicolizei. In 1950, Frank Dickens, Bernard Goreker, Fritz Lipmann și Ephraim Recker descris calea de fosfat pentozo.

Semnificația biologică și localizarea

FFS are loc în citoplasmă celulei, el a avut mai multe funcții biologice. Una dintre ele este producerea de riboză-5-fosfat, care este utilizat pentru nukelotidiv sinteză, care fac parte din ARN și ADN, și coenzime, cum ar fi ATP, NAD, FAD, coenzima A. De aceea FFS opereaza activ in celulele care se divid rapid: os măduvă, pielea și mucoasa intestinală, precum și tumori.

Alte monozaharide formate în celulele FFS pot fi de asemenea utilizate, de exemplu, în mai multe microorganisme cai metabolice eritroza-4-fosfat implicate în biosinteza aminoacizilor aromatici și vitamina B 6. ribulozo-5-fosfat poate fi convertit la ribulozo-1,5-bifosfat, care un acceptor de dioxid de carbon în procesul de fotosinteză. Bacteriile cresc pe un mediu bogat in pentoze, calea de fosfat pentose utilizate pentru producerea de hexoze, de exemplu glucoza necesara pentru sinteza peptidoglican.

În multe țesuturi, cea mai mare valoare dintre produsele nu au monozaharidelor FFS și NADPH necesare în procesele de biosinteză reductive pentru a depăși efectul advers al speciilor reactive de oxigen. Enzimele această cale metabolică este foarte frecvente în țesuturi unde intensive în biosinteza acizilor grași (ficat, glandei mamare în timpul alăptării, țesut adipos) sau a colesterolului si a altor steroizi (ficat, gonade, cortexul adrenal). De exemplu, sa constatat că 30% din oxidarea glucozei hepatice are loc cale fosfat pentozo.

FFS apare în mod activ în celulele care sunt în mod constant în contact direct cu oxigen: eritrocite și celule ale corneei și cristalinului. Aici este necesar să se mențină un mediu reducător (raport mare de NADPH / NADP + și glutation / glutation oxidat redus), care poate contracara deteriorarea oxidativă a acizilor grași nesaturați (peroxidarea lipidelor okisennyu), proteine și alte molecule sensibile.

Reacțiile căii fosfat pentoză

Reacția generală a căii fosfat pentozo este următoarea:

3 glucoză 6-fosfat + NADP + 6 + 3 H 2 O → 6 NADPH (H +) + 3 CO 2 + 2 fructoza 6-fosfat + glitseraldegidfosfat;

cale fosfat pentozo este împărțit în două etape:

Oksinyuvalna, timp în care glucoza-6-fosfat degidrogenizuetsya și decarboxilat pentru a forma NADPH și ribulozo-5-fosfat este izomerizat la riboză-5-fosfat;
Non-oxidant, în reacțiile care ribulozo-5-fosfat este transformat în intermediarul produselor glicoliză.

Epimerizatsii izomerizare și în care ribulozo-5-fosfat este transformată în riboză-5-fosfat, xilulozo-5-fsofat;
clivaj Seria și formarea legăturilor CC, rezultând două molecule de xilulozo-5-fosfat și riboză-5 molecula-fosfat sunt transformate în două molecule de fructoză-6-fosfat și o moleculă de gliceraldehid-3-fosfat.

Toate etapa de reacție non-oxidativa sunt reversibile, astfel încât randamentul global calea fosfat pentoză este foarte diferit în funcție de nevoile celulei. De exemplu, atunci când este nevoie de o cantitate mare de riboză-5-fosfat, etapa 3 funcționează în ordine inversă, adică, ea produce o substanță cu fructoză-6-fosfat și gliceraldehid-3-fosfat.

mod de reacții de oxidare pentozofosftanogo

Prima reacție pentozofosftanogo cale - oxidarea glucozei-6-fosfat în ester 6-intramolecular fosfoglyukono-δ-lactonă, care este rezultatul transferării unui ion de hidrură la NADP +. Catalizează acest proces enzima glucozo-6-fosfat dehidrogenaza, NADPH recuperat inhibat puternic. Enzima este foarte specific pentru NADP + constanta Michaelis pentru NAD + este de aproximativ 1000 de ori mai mare decât pentru NADP +.

Următorul pas - hidroliza 6-fosfoglyukono-delta-lactonă la 6 phosphogluconate - catalizate 6-fosfoglyukonolaktonazoyu. Produsul acestei reacții este supusă decarboxilarea oxidativ suplimentar care implică enzima 6-phosphogluconate dehidrogenaza, prin aceasta producând dioxid de carbon și ribulozo-5-fosfat.

Deci, în acest stadiu pentozofosftanogo shyalhu pentru fiecare moleculă de glucoză-6-fosfat intră restabilește două molecule de NADP +.

În unele țesuturi FFS se termină conversia reacției de ribulozo-5-fosfat în riboză-5-fosfat și are rivnnnya generală:

Glucoză 6-fosfat 2NADF + + H 2 O → riboză-5-fosfat + NADPH (H +) + CO 2

De multe ori, cu toate acestea, ribulozo-5-fosfat este transformată într-o serie de reacții în produsul intermediar al glicolizei.

FFS etapă neoxidant

Bazat pe prima cale pas petozofosfatnogo ribulozo-5-fosfat pot fi în continuare supuse acțiunii fosfopentoizmoerazy enzimei (ribulozo-5-fosfat), care se transformă în riboză-5-fosfat sau fosfopentoepimerazy (ribulozo-5-fosfatepimerazy), care transportă xilulozo reacția de formare -5-fosfat. Ambele reacții trece prin intermediari enediolatni.

Riboza-5-fosfat necesar pentru sinteza de nucleotide, dar atunci când este produsă în celulă mai mult decât este necesar, împreună cu xilulozo-5-fosfat este transformată în intermediari de glicoliză (fructoza 6-fosfat și gliceraldehid 3-fosfat). Conversie C5 monozaharide trei până la doi și unu C3 C6 se datorează enzimelor transcetolază și transaldolase. Ei au un mecanism similar de acțiune, este de a genera o carbanionilor stabilizați și aderarea sa la centrul electrofil, cum ar fi o grupare aldehidă.

Transcetolază catalizată transferul unui fragment de C2-xilulozo 5-fosfat în riboză-5-fosfat pentru a forma gliceraldehid-3-fosfat, sedoheptulose 7-fosfat. În pirofosfat utilizarea tiamină ca cofactor.

Transaldolazna reacție constă în transferul fragmentului C3 sedoheptulose 7-fosfat la gliceraldehid 3-fosfat pentru a forma fructoză-6-fosatu și eritroza-4-fosfat.

Reacția următoare a fost catalizată din nou transcetolază care poarta C2 rest al altei molecule xilulozo-5-fosfat la eritroza-4-fosfat. Produsele au o a doua moleculă de fructoză-6-fosfat și gliceraldehid 3-fosfat.

Fructoza 6-fosfat poate fi convertit înapoi în glucoză fosfogeksozoizmerazoyu 6-fosfat, gliceraldehid-3-fosfat pot fi de asemenea utilizat pentru a restabili glkyukozo-6-fosfat în gluconeogeneza. In acest caz, o moleculă de glucoză-6-fosfat pentru 6 cicluri ale căii fosfat pentozo este complet transformată în dioxid de carbon, urmată de sinteza moleculelor reduse NADP 12. Ecuația generală a procesului va arata astfel:

Glucoză 6-fosfat 12NADF + + + 7H 2 O → 6CO 2 + 12NADFH (H +) + F n.

Reglementarea căii fosfat pentoză

Glucoză 6-fosfat pot introduce atât glicolizei și calea de fosfat pentoză la distribuirea acesteia între cele două căi depinde de concentrația de NADP +, care afectează viteza primei FFS reacție. Dehidrogenarea glucoză-6-fosfat este ireversibil și etapa de limitare, aceasta este inhibată de concentrații scăzute ale NADP dorite + ca acceptor de electroni. Când celula utilizează în mod activ NADPH, ANPH + crește nivelul și alosterica activeaza glucoza-6-fosfat dehidrogenază.

Rata de etapa FFS non-oxidativa este reglementată în mod esențial de disponibilitatea substraturilor.

Fluxul căii de fosfat pentoză și relația acesteia cu glicolizei și glyukoneogenzom depinde foarte mult de nevoile celulei, la un anumit moment. Patru situații sunt posibile:

Nevoia de riboză-5-fosfat este considerabil mai mare decât nevoia de NADPH

Există o așa-numita recuperare cale fosfat pentozo. Aproape întreaga glucoză 6-fosfat intră în glicoliză, unde este transformat în fructoză-6-fosfat și gliceraldehid-3-fosfat, care într-un reacții non-oxidante FFS pas inversi utilizat pentru sinteza riboză-5-fosfat. Astfel, sa demonstrat ca in celulele canceroase, care se divid rapid, mai mult de 70% de novo sinteza are loc riboza neoxidativă acest fel.

este nevoie de aproximativ identice pentru NADPH și riboză-5-fosfat

Glucoza 6-fosfat intră FFS etapa de oxidare și transformate în riboză-5-fosfat urmată de reducerea a două molecule de NADP +.

Nevoia de NADPH semnificativ mai mare decât riboză-5-fosfat

Este FFS activ pas non-oxidative și oxidare, aceste produse (fructoza 6-fosfat și gliceraldehid 3-fosfat) sunt utilizate pentru regenerarea glucozo-6-fosfat prin enzimele gluconeogenezei. Astfel, glucoza-6-fosfat este complet oxidat la bioxid de carbon.

Mare nevoie în NADPH și ATP, în riboza-5-fosfat scăzut

Fructoza 6-fosfat și gliceraldehid 3-fosfat format într-un FFS pas non-oxidativ poate intra în glicoliză și convertit la piruvatului. produse utile de o astfel de cale este ATP și NADPH.

Un dezavantaj al enzimei de glucoză-6-fosfat dehidrogenază

Cele mai frecvente dintre toate bolile metabolice la om este lipsa prima enzimă a căii de fosfat pentose - glucoză-6-fosfat dehidrogenază. Niveluri reduse ale acestei enzime se observă în mai mult de 400000000 de oameni din întreaga lume, dar mai ales această anomalie nu se manifestă. Simptomele clinice in forma de distrugere a celulelor roșii din sânge, însoțită de icter, și, în unele cazuri, insuficiență renală, apar numai atunci când obiectul devine efectele negative ale unor factori de mediu. De exemplu, în 1926, pentru tratamentul malariei a propus un nou medicament - pamahin, cei mai mulți pacienți au fost transferați e ok, dar o mică parte a apărut simptome amenințătoare de viață sunt asociate cu distrugerea celulelor roșii din sânge. După 30 de ani, sa constatat ca anemia hemolitică ca răspuns la pamahinu apare la persoanele cu insuficiență glucozo-6-fosfat.

Simptomele sunt similare cu cele care apar sub influența drogurilor antimalarie la om cu lipsa de glucoză-6-fosfat dehidrogenază pot fi cauzate de utilizarea și fasole faba, o boala care apare atunci când acest lucru se numește favism. Este cunoscut faptul că filozoful grec Pitagora a interzis adepților săi să mănânce fasole.

Antimalarice precum pamahin și primachină, glicozidă unei purine Vitsin cu fasole faba, unele medicamente sulfa și erbicide acționează prin același principiu - cauza stresului oxidativ prin creșterea nivelului de specii reactive de oxigen. Chutilviy mai ales într-un astfel de impact este celulele roșii din sânge, deoarece le lipsesc mitocondriile, dar in celulele rosii ale unei persoane sănătoase efectul dezastruos al speciilor reactive de oxigen derivate prin glutation redus. Pentru a regenera glutationul redus cu formă NADPH oxidată necesară, care se formează glucoza-6-fosfat dehidrogenază în prima reacție a căii fosfat pentozo. La pacienții cu niveluri scăzute ale acestei enzime celulele roșii din sânge nu au o protecție eficientă împotriva stresului oxidativ și, prin urmare, a distrus sub influența substanțelor.

În ceea ce privește formele active de oxigen este foarte sensibilă și de asemenea, celule ale parazitului malariei, lipsa de glucoză-6-fosfat dehidrogenază asigură, de asemenea, rezistență la una dintre speciile de parazit - Plasmodium falciparum. Acest lucru este demonstrat de prevalenta bolilor metabolice: este cel mai frecvent in Africa tropicala, Orientul Mijlociu și Asia de Sud-Est, în cazul în care există niveluri foarte ridicate de malarie.