Pfade der Pentose: Phasen und verwandte Krankheiten

Der Pentosephosphatweg, der auch als Abweichung von Hexosemonophosphat bezeichnet wird, ist ein grundlegender Stoffwechselweg, der Ribosomen als Endprodukt enthält, die für die Nukleotid- und Nukleinsäuresynthesewege wie DNA, RNA, ATP, NADH erforderlich sind. FAD und Coenzym A.

Es produziert auch NADPH (Nicotinamidadenindinukleotidphosphat), das in verschiedenen enzymatischen Reaktionen verwendet wird. Diese Route ist sehr dynamisch und in der Lage, ihre Produkte an die momentanen Bedürfnisse der Zellen anzupassen.

ATP (Adenosintriphosphat) gilt als "Energiewährung" der Zelle, da seine Hydrolyse an eine Vielzahl biochemischer Reaktionen gekoppelt werden kann.

In ähnlicher Weise ist NADPH eine zweite Energiewährung, die unter anderem für die reduktive Synthese von Fettsäuren, die Cholesterinsynthese, die Synthese von Neurotransmittern, die Photosynthese und Entgiftungsreaktionen unerlässlich ist.

Obwohl NADPH und NADH in ihrer Struktur ähnlich sind, können sie bei biochemischen Reaktionen nicht austauschbar verwendet werden. NADPH beteiligt sich an der Nutzung der freien Energie bei der Oxidation bestimmter Metaboliten zur reduktiven Biosynthese.

Im Gegensatz dazu ist NADH an der Nutzung der freien Energie aus der Oxidation von Metaboliten zur ATP-Synthese beteiligt.

Geschichte und Lage

Der Nachweis der Existenz dieser Route begann 1930 dank des Forschers Otto Warburg, dem die Entdeckung des NADP + zugeschrieben wird.

Bestimmte Beobachtungen ermöglichten die Entdeckung des Weges, insbesondere die Fortsetzung der Atmung in Gegenwart von Inhibitoren der Glykolyse wie dem Fluoridion.

1950 beschrieben die Wissenschaftler Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann und Efraim Racker den Pentosephosphatweg.

Die an der Synthese von Cholesterin und Fettsäuren beteiligten Gewebe wie Brustdrüsen, Fettgewebe und Nieren weisen hohe Konzentrationen an Pentosephosphatenzymen auf.

Die Leber ist auch ein wichtiges Gewebe für diesen Stoffwechselweg: Ungefähr 30% der Oxidation von Glucose in diesem Gewebe erfolgt dank der Enzyme des Pentosephosphat-Stoffwechsels.

Funktionen

Der Pentosephosphatweg ist für die Aufrechterhaltung der Homöostase von Kohlenstoff in der Zelle verantwortlich. Ebenso synthetisiert der Weg die Vorläufer von Nukleotiden und Molekülen, die an der Synthese von Aminosäuren (den Strukturblöcken von Peptiden und Proteinen) beteiligt sind.

Es ist die Hauptquelle für die Verringerung der Leistung bei enzymatischen Reaktionen. Darüber hinaus liefert es die notwendigen Moleküle für anabole Reaktionen und für Abwehrprozesse gegen oxidativen Stress. Die letzte Phase des Signalwegs ist in Redoxprozessen unter Stresssituationen kritisch.

Phasen

Der Pentosephosphatweg besteht aus zwei Phasen im zellulären Cytosol: einer oxidativen, die bei der Oxidation von Glucose-6-phosphat zu Ribose-5-phosphat NADPH erzeugt; und eine nicht oxidative, die die Umwandlung der Zucker von drei, vier, fünf, sechs und sieben Kohlenstoffen impliziert.

Diese Route zeigt gemeinsame Reaktionen mit dem Calvin-Zyklus und dem Entner-Doudoroff-Weg, der eine Alternative zur Glykolyse darstellt.

Oxidative Phase

Die oxidative Phase beginnt mit der Dehydrierung des Glucose-6-phosphat-Moleküls an Kohlenstoff 1. Diese Reaktion wird durch das Enzym Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase katalysiert, das eine hohe Spezifität für NADP + aufweist.

Das Produkt dieser Reaktion ist 6-Phosphonoglucono-δ-lacton. Anschließend wird dieses Produkt durch das Enzym Lactonase zu 6-Phosphogluconat hydrolysiert. Die letztere Verbindung wird vom Enzym 6-Phosphogluconatdehydrogenase aufgenommen und wird zu Ribulose-5-phosphat.

Das Enzym Phosphopentoseisomerase katalysiert den letzten Schritt der oxidativen Phase, die die Synthese von Ribose-5-phosphat durch Isomerisierung von Ribulose-5-phosphat umfasst.

Diese Reihe von Reaktionen erzeugt zwei Moleküle NADPH und ein Molekül Ribose-5-phosphat pro Molekül Glucose-6-phosphat, das in diesen Enzymweg eintritt.

In einigen Zellen sind die NADPH-Anforderungen höher als die von Ribose-5-phosphat. Daher nehmen Transketolase- und Transaldolaseenzyme Ribose-5-phosphat auf und wandeln es in Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6-phosphat um, wodurch die nichtoxidative Phase entsteht. Diese beiden letzten Verbindungen können in den glykolytischen Weg gelangen.

Nicht oxidative Phase

Die Phase beginnt mit einer Epimerisierungsreaktion, die durch das Enzym Pentose-5-phosphat-Epimerase katalysiert wird. Ribulose-5-phosphat wird von diesem Enzym aufgenommen und in Xylulose-5-phosphat umgewandelt.

Das Produkt wird von dem Transketolaseenzym aufgenommen, das zusammen mit dem Coenzym Thiamin Pyrophosphat (TTP) wirkt, das den Übergang von Xylulose-5-phosphat zu Ribose-5-phosphat katalysiert. Bei der Übertragung von Ketose auf Aldose entstehen Glycerinaldehyd-3-phosphat und Sedoheptulose-7-phosphat.

Als nächstes überträgt das Transaldolase-Enzym das C3 vom Sedoheptulose-7-Phosphat-Molekül auf Glycerinaldehyd-3-Phosphat, wodurch ein Zucker mit vier Kohlenstoffen (Erythrose-4-Phosphat) und ein Zucker mit sechs Kohlenstoffen (Fructose-6) erzeugt werden. -Phosphat). Diese Produkte sind in der Lage, den glykolytischen Weg zu speisen.

Das Enzym Transketosala überträgt erneut ein C2 des Xylulose-5-phosphats auf das Erythrose-4-phosphat, was zu Fructose-6-phosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat führt. Diese Produkte können wie im vorherigen Schritt in die Glykolyse eingehen.

Diese zweite Phase verbindet die Pfade, die NADPH erzeugen, mit denen, die für die Synthese von ATP und NADH verantwortlich sind. Darüber hinaus können die Produkte Fructose-6-phosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat in die Gluconeogenese eingehen.