Рибозо-5-фосфат
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК 5- О -Фосфоно- D -рибоза | |
| Другие имена Рибозо-5-фосфат | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.022.101 |
| МеШ | рибозо-5-фосфат |
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| С 5 Н 11 О 8 П | |
| Молярная масса | 230.110 |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Рибозо-5-фосфат ( R5P ) является одновременно продуктом и промежуточным продуктом пентозофосфатного пути . Последним этапом окислительных реакций пентозофосфатного пути является образование рибулозо-5-фосфата . В зависимости от состояния организма рибулозо-5-фосфат может обратимо изомеризоваться в рибозо-5-фосфат. Рибулозо-5-фосфат альтернативно может подвергаться серии изомеризаций, а также трансальдолирования и транскетолирования, которые приводят к образованию других пентозофосфатов, а также фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата (оба промежуточных продукта гликолиза ).
Фермент рибозофосфатдифосфокиназа превращает рибозо-5-фосфат в фосфорибозилпирофосфат .
Структура
[ редактировать ]
R5P состоит из пятиуглеродного сахара , рибозы и фосфатной группы в пятиположении углерода. Он может существовать в форме открытой цепи или в фуранозы форме . Фуранозную форму чаще всего называют рибозо-5-фосфорной кислотой. [1]
Биосинтез
[ редактировать ]Образование R5P сильно зависит от роста клеток и потребности в НАДФН ( никотинамидадениндинуклеотидфосфат ), R5P и АТФ ( аденозинтрифосфат ). Образование каждой молекулы контролируется потоком глюкозо-6-фосфата (G6P) по двум различным метаболическим путям: пентозофосфатному пути и гликолизу. Взаимосвязь между двумя путями можно изучить на примере различных метаболических ситуаций. [2]
Пентозофосфатный путь
[ редактировать ]
R5P вырабатывается пентозофосфатным путем у всех организмов. [2] Пентозофосфатный путь (ПФП) представляет собой метаболический путь, который протекает параллельно гликолизу. Это важнейший источник образования НАДФН для восстановительного биосинтеза. [3] (например, синтез жирных кислот ) и пентозные сахара. Этот путь состоит из двух фаз: окислительной фазы, которая генерирует НАДФН, и неокислительной фазы, которая включает взаимное превращение сахаров. В окислительной фазе PPP две молекулы НАДФ+ восстанавливаются до НАДФН посредством превращения G6P в рибулозо-5-фосфат (Ru5P). В неокислительной форме PPP Ru5P может превращаться в R5P посредством рибозо-5-фосфат-изомеразы катализа фермента . [4]
Когда потребность в НАДФН и R5P сбалансирована, G6P образует одну молекулу Ru5P через PPP, генерируя две молекулы НАДФН и одну молекулу R5P. [2]
Гликолиз
[ редактировать ]Когда требуется больше R5P, чем НАДФН, R5P может образовываться через гликолитические промежуточные продукты. Глюкозо-6-фосфат превращается во фруктозо-6-фосфат (F6P) и глицеральдегид-3-фосфат (G3P) в ходе гликолиза . Транскетолаза и трансальдолаза превращают две молекулы F6P и одну молекулу G3P в три молекулы R5P. [2] Во время быстрого роста клеток для синтеза нуклеотидов и жирных кислот необходимы более высокие количества R5P и НАДФН соответственно. Гликолитические промежуточные продукты могут быть направлены в сторону неокислительной фазы PPP за счет экспрессии гена изофермента пируваткиназы , PKM. ПКМ создает узкое место на гликолитическом пути, позволяя использовать промежуточные соединения PPP для синтеза НАДФН и R5P. Этот процесс дополнительно активируется за счет триозофосфат-изомеразы ингибирования фосфоенолпируватом , субстратом ПКМ. [2]
Функция
[ редактировать ]R5P и его производные служат предшественниками многих биомолекул, включая ДНК , РНК , АТФ, кофермент А , FAD ( флавинадениндинуклеотид ) и гистидин . [5]
Биосинтез нуклеотидов
[ редактировать ]Нуклеотиды служат строительными блоками для нуклеиновых кислот, ДНК и РНК. [6] Они состоят из азотистого основания, пентозного сахара и по крайней мере одной фосфатной группы. Нуклеотиды содержат либо пуриновое , либо пиримидиновое азотистое основание. Все промежуточные продукты биосинтеза пуринов построены на «каркасе» R5P. [7] R5P также служит важным предшественником синтеза пиримидинрибонуклеотидов.
Во время биосинтеза нуклеотидов R5P подвергается активации рибозофосфатдифосфокиназой (PRPS1) с образованием фосфорибозилпирофосфата (PRPP). Образование PRPP важно как для синтеза пуринов de novo , так и для пути утилизации пуринов . [8] Путь синтеза de novo начинается с активации R5P в PRPP, который позже катализируется и превращается в фосфорибозиламин , предшественник нуклеотидов. На пути спасения пуринов [9] фосфорибозилтрансферазы присоединяют PRPP к основаниям. [10]
PRPP также играет важную роль в синтезе пиримидинрибонуклеотидов. На пятом этапе синтеза пиримидиновых нуклеотидов PRPP ковалентно связывается с оротатом в одном положении углерода на звене рибозы. Реакция катализируется оротатфосфорибозилтрансферазой (PRPP трансфераза), образуя оротидинмонофосфат (OMP). [8]
Биосинтез гистидина
[ редактировать ]Гистидин — незаменимая аминокислота, которая не синтезируется de novo в организме человека. Как и нуклеотиды, биосинтез гистидина инициируется превращением R5P в PRPP. Этап биосинтеза гистидина представляет собой конденсацию АТФ и PRPP с помощью АТФ-фосфорибозилтрансферазы , фермента, определяющего скорость. Биосинтез гистидина тщательно регулируется путем ингибирования по принципу обратной связи. [11]
Другие функции
[ редактировать ]R5P может превращаться в аденозиндифосфатрибозу , которая связывает и активирует ионный канал TRPM2 . Реакцию катализирует рибозо-5-фосфатаденилилтрансфераза. [12]
Актуальность заболевания
[ редактировать ]Заболевания связаны с дисбалансом R5P в клетках. Рак и опухоли демонстрируют повышенную выработку R5P, коррелирующую с увеличением синтеза РНК и ДНК. [2] Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы – самое редкое заболевание в мире. [13] [14] также связано с дисбалансом R5P. Хотя молекулярная патология заболевания плохо изучена, гипотезы включали снижение синтеза РНК.Еще одно заболевание, связанное с R5P, — это подагра . [15] Более высокие уровни G6P приводят к накоплению гликолитических промежуточных продуктов, которые направляются на производство R5P. R5P превращается в PRPP, что приводит к перепроизводству пуринов, что приводит к мочевой кислоты . накоплению [8]
Накопление PRPP наблюдается при синдроме Леша-Нихана . [16] Накопление вызвано дефицитом фермента гипоксантин -гуанинфосфорибозилтрансферазы (HGPRT), что приводит к снижению синтеза нуклеотидов и увеличению выработки мочевой кислоты.
Повышенная активность PRPS1 , фермента, который катализирует превращение R5P в PRPP, также связана с подагрой, а также с нарушениями развития нервной системы и нейросенсорной глухотой. [17]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Левен П.А., Стиллер Э.Т. (февраль 1934 г.). «Синтез рибозо-5-фосфорной кислоты» . Журнал биологической химии . 104 (2): 299–306. дои : 10.1016/S0021-9258(18)75766-9 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2015). Биохимия (7-е изд.). У. Х. Фриман. стр. 589–613. ISBN 978-1-4292-7635-1 .
- ^ Крюгер, штат Нью-Джерси, фон Шавен А. (июнь 2003 г.). «Окислительный пентозофосфатный путь: структура и организация». Современное мнение в области биологии растений . 6 (3): 236–46. дои : 10.1016/s1369-5266(03)00039-6 . ПМИД 12753973 .
- ^ Чжан Р., Андерссон С.Э., Савченко А, Скарина Т, Евдокимова Е, Бисли С., Эроусмит Ч.Х., Эдвардс А.М., Йоахимиак А., Моубрей С.Л. (январь 2003 г.). «Структура рибозо-5-фосфат-изомеразы Escherichia coli: повсеместного фермента пентозофосфатного пути и цикла Кальвина» . Структура . 11 (1): 31–42. дои : 10.1016/s0969-2126(02)00933-4 . ПМК 2792023 . ПМИД 12517338 .
- ^ Коулман Дж.П., Смит С.Дж. (2007). X Pharm : Комплексный справочник по фармакологии . стр. 1–6. дои : 10.1016/b978-008055232-3.60227-2 . ISBN 9780080552323 .
- ^ «Нуклеотиды» . Сборник химической терминологии ИЮПАК . Международный союз теоретической и прикладной химии. 2009. doi : 10.1351/goldbook.n04255 . ISBN 978-0-9678550-9-7 .
- ^ Энгелькинг Л.Р. (2015). «Биосинтез пуринов». Учебник ветеринарной физиологической химии (Третье изд.). стр. 88–92. дои : 10.1016/b978-0-12-391909-0.50015-3 . ISBN 978-0-12-391909-0 .
- ^ Jump up to: а б с Пелли Дж.В. (2011). «Пурин, пиримидин и одноуглеродный обмен». Комплексный обзор биохимии Elsevier (2-е изд.). стр. 119–124. дои : 10.1016/b978-0-323-07446-9.00014-3 . ISBN 9780323074469 .
- ^ Энгелькинг Л.Р. (2015). «Глава 31 — Обмен углеводов в эритроцитах». Учебник ветеринарной физиологической химии (Третье изд.). стр. 190–194. дои : 10.1016/b978-0-12-391909-0.50031-1 . ISBN 978-0-12-391909-0 .
- ^ Шрамм В.Л., Грубмейер С. (2004). Механизмы и роль фосфорибозилтрансферазы в метаболизме нуклеиновых кислот . Том. 78. стр. 261–304. дои : 10.1016/s0079-6603(04)78007-1 . ISBN 9780125400787 . ПМИД 15210333 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Ингл РА (январь 2011 г.). «Биосинтез гистидина» . Книга «Арабидопсис» . 9 : e0141. дои : 10.1199/tab.0141 . ПМК 3266711 . ПМИД 22303266 .
- ^ Эванс В.Р., Сан-Пьетро А. (январь 1966 г.). «Фосфоролиз аденозиндифосфорибозы». Архив биохимии и биофизики . 113 (1): 236–44. дои : 10.1016/0003-9861(66)90178-0 . ПМИД 4287446 .
- ^ Вамелинк М.М., Грюнинг Н.М., Янсен Э.Э., Блюмляйн К., Лерах Х., Якобс К., Ральсер М. (сентябрь 2010 г.). «Разница между редкими и исключительно редкими: молекулярная характеристика дефицита рибозо-5-фосфат-изомеразы» . Журнал молекулярной медицины . 88 (9): 931–9. дои : 10.1007/s00109-010-0634-1 . hdl : 1871/34686 . ПМИД 20499043 .
- ^ Хак Дж.Х., Верховен Н.М., Стрейс Э.А., Саломонс Г.С., Якобс С., ван дер Кнаап М.С. (апрель 2004 г.). «Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы: новая врожденная ошибка пентозофосфатного пути, связанная с медленно прогрессирующей лейкоэнцефалопатией» . Американский журнал генетики человека . 74 (4): 745–51. дои : 10.1086/383204 . ПМК 1181951 . ПМИД 14988808 .
- ^ Хименес РТ, Пуиг Х.Г. (2012). «Пуриновый обмен в патогенезе гиперурикемии и врожденных нарушений пуринового обмена, связанных с заболеванием». Подагра и другие кристаллические артропатии . стр. 36–50. дои : 10.1016/b978-1-4377-2864-4.10003-x . ISBN 978-1-4377-2864-4 .
- ^ Ичида К., Хосоямада М., Хосоя Т., Эндо Х. (2009). «Первичная метаболическая и почечная гиперурикемия». Генетические заболевания почек . стр. 651–660. дои : 10.1016/b978-0-12-449851-8.00038-3 . ISBN 978-0-12-449851-8 .
- ^ Сингер Х.С., Минк Дж.В., Гилберт Д.Л., Янкович Дж. (2010). «Наследственные метаболические расстройства, связанные с экстрапирамидными симптомами». Двигательные расстройства в детстве . стр. 164–204. дои : 10.1016/B978-0-7506-9852-8.00015-1 . ISBN 978-0-7506-9852-8 .