Пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь (также называемый фосфоглюконатным путем и гексозомонофосфатным шунтом или HMP-шунтом ) представляет собой метаболический путь, параллельный гликолизу . ^[1] Он генерирует НАДФН и пентозы (пятиуглеродные сахара ) , а также рибозо-5-фосфат , предшественник синтеза нуклеотидов . ^[1] Хотя пентозофосфатный путь действительно включает окисление глюкозы , его основная роль скорее анаболическая , чем катаболическая . Этот путь особенно важен в красных кровяных тельцах (эритроцитах). Реакции этого пути были выяснены в начале 1950-х годов Бернардом Хорекером и его сотрудниками. ^[2]^[3]

На этом пути выделяются две отдельные фазы. Первая — это окислительная фаза, в ходе которой образуется НАДФН, а вторая — неокислительный синтез пятиуглеродных сахаров. Для большинства организмов пентозофосфатный путь протекает в цитозоле ; у растений большинство этапов происходит в пластидах . ^[4]

Как и гликолиз , пентозофосфатный путь, по-видимому, имеет очень древнее эволюционное происхождение. Реакции этого пути в современных клетках в основном катализируются ферментами, однако они протекают и неферментативно в условиях, повторяющих условия Архейского океана , и катализируются ионами металлов , особенно ионами железа (Fe(II)). ^[5] Это говорит о том, что истоки этого пути могут восходить к миру пребиотиков.

Исход

Основными результатами пути являются:

Генерация восстанавливающих эквивалентов в форме НАДФН, используемых в реакциях восстановительного биосинтеза внутри клеток (например, синтезе жирных кислот ).
Производство рибозо-5-фосфата (R5P), используемого в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
Производство эритрозо-4-фосфата (Е4Р), используемого в синтезе ароматических аминокислот .

Ароматические аминокислоты, в свою очередь, являются предшественниками многих путей биосинтеза, включая лигнин в древесине. ^{[ нужна ссылка ]}

Пищевые пентозные сахара, полученные в результате переваривания нуклеиновых кислот, могут метаболизироваться по пентозофосфатному пути, а углеродные скелеты пищевых углеводов могут превращаться в гликолитические/глюконеогенные промежуточные продукты.

У млекопитающих ППП встречается исключительно в цитоплазме. У человека он наиболее активен в печени, молочных железах и коре надпочечников. ^{[ нужна ссылка ]} PPP — это один из трех основных способов, с помощью которых организм создает молекулы с восстанавливающей способностью, на него приходится примерно 60% производства НАДФН у человека. ^{[ нужна ссылка ]}

Одним из применений НАДФН в клетке является предотвращение окислительного стресса . Он восстанавливает глутатион посредством глутатионредуктазы , которая превращает реактивную H ₂ O ₂ в H ₂ O под действием глутатионпероксидазы . Если он отсутствует, H ₂ O ₂ будет преобразован в свободные гидроксильные радикалы с помощью химии Фентона , которые могут атаковать клетку. Эритроциты, например, генерируют большое количество НАДФН посредством пентозофосфатного пути, который используется для восстановления глутатиона.

Перекись водорода также вырабатывается фагоцитами в процессе, часто называемом респираторным взрывом . ^[6]

Фазы

Окислительная фаза

В этой фазе две молекулы НАДФ ⁺ восстанавливаются до НАДФН , используя энергию превращения глюкозо-6-фосфата в рибулозо-5-фосфат .

Всю совокупность реакций можно резюмировать следующим образом:

Реагенты	Продукты	Фермент	Описание
Глюкозо-6-фосфат + НАДФ+	→ 6-фосфоглюконо-δ-лактон + НАДФН	глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа	Дегидрирование . Гидроксил на углероде 1 глюкозо-6-фосфата превращается в карбонил, образуя лактон, и в процессе НАДФН образуется .
6-фосфоглюконо-δ-лактон + H ₂ O	→ 6-фосфоглюконат + H ⁺	6-фосфоглюконолактоназа	Гидролиз
6-фосфоглюконат + НАДФ ⁺	→ рибулозо-5-фосфат + НАДФН + СО ₂	6-фосфоглюконатдегидрогеназа	Окислительное декарбоксилирование . НАДП ⁺ является акцептором электронов, генерируя еще одну молекулу НАДФН , CO ₂ и рибулозо-5-фосфат .

Общая реакция на этот процесс такова:

Глюкозо-6-фосфат + 2 НАДФ ⁺ + H ₂ O → рибулозо-5-фосфат + 2 НАДФН + 2 H ⁺ + СО ₂

Неокислительная фаза

Реагенты	Продукты	Ферменты
рибулозо-5-фосфат	→ рибозо-5-фосфат	рибозо-5-фосфат-изомераза
рибулозо-5-фосфат	→ ксилулозо-5-фосфат	рибулозо-5-фосфат-3-эпимераза
ксилулозо-5-фосфат + рибозо-5-фосфат	→ глицеральдегид-3-фосфат + седогептулозо-7-фосфат	транскетолаза
седогептулозо-7-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат	→ эритрозо-4-фосфат + фруктозо-6-фосфат	трансальдолаза
ксилулозо-5-фосфат + эритрозо-4-фосфат	→ глицеральдегид-3-фосфат + фруктозо-6-фосфат	транскетолаза

Чистая реакция:3 рибулозо-5-фосфат → 1 рибозо-5-фосфат + 2 ксилулозо-5-фосфат → 2 фруктозо-6-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат

Регулирование

Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа является ферментом, контролирующим скорость этого пути. ^{[ нужна ссылка ]}. стимулируется Аллостерически НАДФ. ⁺ и сильно ингибируется НАДФН . ^[7] Соотношение НАДФН:НАДФ ⁺ является основным способом регуляции фермента и обычно составляет около 100:1 в цитозоле печени. ^{[ нужна ссылка ]}. Это делает цитозоль высоковосстанавливающей средой. Путь использования НАДФН образует НАДФ. ⁺, который стимулирует глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу производить больше НАДФН. Этот этап также ингибируется ацетил-КоА . ^{[ нужна ссылка ]}

Активность G6PD также посттрансляционно регулируется цитоплазматической деацетилазой SIRT2 . SIRT2-опосредованное деацетилирование и активация G6PD стимулирует окислительную ветвь PPP для снабжения цитозольного НАДФН для противодействия окислительному повреждению или поддержки de novo липогенеза . ^[8]^[9]

Эритроциты

Было обнаружено, что некоторые недостатки уровня активности (а не функции) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы связаны с устойчивостью к малярийному паразиту Plasmodium falciparum среди лиц средиземноморского и африканского происхождения. Основанием для этой устойчивости может быть ослабление мембраны эритроцитов (эритроцит является клеткой-хозяином паразита), так что они не могут поддерживать жизненный цикл паразита достаточно долго для продуктивного роста. ^[10]

См. также

Дефицит G6PD – наследственное заболевание, нарушающее пентозофосфатный путь.
РНК
Дефицит тиамина
Фрэнк Диккенс ФРС

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Альфарук К.О., Ахмед С.Б., Эллиотт Р.Л. и др. (2020). «Динамика пентозофосфатного пути при раке и ее зависимость от внутриклеточного pH» . Метаболиты . 10 : 285. дои : 10.3390/metabo10070285 . ПМК 7407102 . ПМИД 32664469 .
^ Хорекер Б.Л., Смирниотис П.З., Сигмиллер Дж.Э. (1951). «Ферментативное превращение 6-фосфоглюконата в рибулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат» . Ж. Биол. Хим . 193 (1): 383–396. дои : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . ПМИД 14907726 .
^ Хорекер Б.Л. (2002). «Пентозофосфатный путь» . Ж. Биол. Хим . 277 (50): 47965–47971. дои : 10.1074/jbc.X200007200 . ПМИД 12403765 .
^ Крюгер, штат Нью-Джерси, фон Шавен А. (июнь 2003 г.). «Окислительный пентозофосфатный путь: структура и организация». Современное мнение в области биологии растений . 6 (3): 236–246. Бибкод : 2003COPB....6..236K . дои : 10.1016/S1369-5266(03)00039-6 . ПМИД 12753973 .
^ Келлер М.А., Турчин А.В., Ральсер М. (25 апреля 2014 г.). «Неферментативный гликолиз и реакции, подобные пентозофосфатному пути, в вероятном архейском океане» . Молекулярная системная биология . 10 (4): 725. doi : 10.1002/msb.20145228 . ПМЦ 4023395 . ПМИД 24771084 .
^ Иммунология в MCG 1/cytotox
^ Воет Дональд , Воет Джудит Дж . (2011). Биохимия (4-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 894. ИСБН 978-0-470-57095-1 .
^ Ван Ю.П., Чжоу Л.С., Чжао Ю.З., Ван С.В., Чен Л.Л., Лю LX, Лин ZQ, Ху Ф.Дж., Сунь Ю.П., Чжан Ю., Ян С., Ян Ю., Сюн Ю., Гуань К.Л., Е Д. (июнь 2014 г.). «Регуляция ацетилирования G6PD с помощью SIRT2 и KAT9 модулирует гомеостаз НАДФН и выживаемость клеток во время окислительного стресса» . Журнал ЭМБО . 33 (12): 1304–20. дои : 10.1002/embj.201387224 . ПМЦ 4194121 . ПМИД 24769394 .
^ Сюй С.Н., Ван Т.С., Ли Х, Ван Ю.П. (сентябрь 2016 г.). «SIRT2 активирует G6PD, увеличивая выработку НАДФН и способствуя пролиферации клеток лейкемии» . Научный представитель . 6 : 32734. Бибкод : 2016NatSR...632734X . дои : 10.1038/srep32734 . ПМК 5009355 . ПМИД 27586085 .
^ Каппадоро М., Гирибальди Дж., О'Брайен Э. и др. (октябрь 1998 г.). «Ранний фагоцитоз эритроцитов с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD), зараженных Plasmodium falciparum, может объяснить защиту от малярии при дефиците G6PD» . Кровь . 92 (7): 2527–34. дои : 10.1182/blood.V92.7.2527 . ПМИД 9746794 .

Внешние ссылки

Химическая логика пентозофосфатного пути
Пентоза + фосфат + путь в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
Карта пентозофосфатного пути – Homo sapiens

[Alfarouk_2020-1] Jump up to: ^а ^б Альфарук К.О., Ахмед С.Б., Эллиотт Р.Л. и др. (2020). «Динамика пентозофосфатного пути при раке и ее зависимость от внутриклеточного pH» . Метаболиты . 10 : 285. дои : 10.3390/metabo10070285 . ПМК 7407102 . ПМИД 32664469 .

[2] Хорекер Б.Л., Смирниотис П.З., Сигмиллер Дж.Э. (1951). «Ферментативное превращение 6-фосфоглюконата в рибулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат» . Ж. Биол. Хим . 193 (1): 383–396. дои : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . ПМИД 14907726 .

[3] Хорекер Б.Л. (2002). «Пентозофосфатный путь» . Ж. Биол. Хим . 277 (50): 47965–47971. дои : 10.1074/jbc.X200007200 . ПМИД 12403765 .

[4] Крюгер, штат Нью-Джерси, фон Шавен А. (июнь 2003 г.). «Окислительный пентозофосфатный путь: структура и организация». Современное мнение в области биологии растений . 6 (3): 236–246. Бибкод : 2003COPB....6..236K . дои : 10.1016/S1369-5266(03)00039-6 . ПМИД 12753973 .

[5] Келлер М.А., Турчин А.В., Ральсер М. (25 апреля 2014 г.). «Неферментативный гликолиз и реакции, подобные пентозофосфатному пути, в вероятном архейском океане» . Молекулярная системная биология . 10 (4): 725. doi : 10.1002/msb.20145228 . ПМЦ 4023395 . ПМИД 24771084 .

[6] Иммунология в MCG 1/cytotox

[7] Воет Дональд , Воет Джудит Дж . (2011). Биохимия (4-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 894. ИСБН 978-0-470-57095-1 .

[8] Ван Ю.П., Чжоу Л.С., Чжао Ю.З., Ван С.В., Чен Л.Л., Лю LX, Лин ZQ, Ху Ф.Дж., Сунь Ю.П., Чжан Ю., Ян С., Ян Ю., Сюн Ю., Гуань К.Л., Е Д. (июнь 2014 г.). «Регуляция ацетилирования G6PD с помощью SIRT2 и KAT9 модулирует гомеостаз НАДФН и выживаемость клеток во время окислительного стресса» . Журнал ЭМБО . 33 (12): 1304–20. дои : 10.1002/embj.201387224 . ПМЦ 4194121 . ПМИД 24769394 .

[Xu_2016-9] Сюй С.Н., Ван Т.С., Ли Х, Ван Ю.П. (сентябрь 2016 г.). «SIRT2 активирует G6PD, увеличивая выработку НАДФН и способствуя пролиферации клеток лейкемии» . Научный представитель . 6 : 32734. Бибкод : 2016NatSR...632734X . дои : 10.1038/srep32734 . ПМК 5009355 . ПМИД 27586085 .

[10] Каппадоро М., Гирибальди Дж., О'Брайен Э. и др. (октябрь 1998 г.). «Ранний фагоцитоз эритроцитов с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (G6PD), зараженных Plasmodium falciparum, может объяснить защиту от малярии при дефиците G6PD» . Кровь . 92 (7): 2527–34. дои : 10.1182/blood.V92.7.2527 . ПМИД 9746794 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

v т и Обмен веществ : углеводный обмен · пентозофосфатного пути. ферменты
oxidative	Glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-phosphogluconolactonase Phosphogluconate dehydrogenase
nonoxidative	Phosphopentose isomerase Phosphopentose epimerase Transketolase Transaldolase

v т и пентозофосфатного пути Промежуточные продукты метаболизма
Oxidative	6-Phosphogluconolactone 6-Phosphogluconate Ribulose 5-phosphate Ribose 5-phosphate
Nonoxidative	Xylulose 5-phosphate Sedoheptulose 7-phosphate Erythrose 4-phosphate