1

Put pentoza fosfata

B. Mildner

Put pentoza fosfata

Svrha ovog puta je:

A) da se stanici omogući dovoljno NADPH, koji služi kao reducens u biosintetskim reakcijama kao i u zaštiti stanica od kisikovih radikala.

B) da se stanici osigura dovoljne količine riboze, kako bi se provela sinteza nukleinskih kiselina.

Opća jednadžba za oksidativni dio puta:Glukoza-6-fosfat + 2NADP+ + H2O →

ribuloza-5-fosfat + 2NADPH + 2H+ + CO2

2

Metabolički putovi koji koriste NADPH

Put pentoza fosfata

1. U oksidativnom dijelu puta nastaje NADPH i riboza fosfat koja je preteča nukleinskim kiselinama i koenzimima.

2. U neoksidativnom dijelu međusobno se pretvaraju fosforilirani šećeri koji onda ovaj put povezuju s glikolizom.

3

Prva reakcija oksidativnog puta pentoza fosfata

Prva reakcija puta pentoza fosfata je oksidacija glukoza 6-fosfata pomoću glukoza 6-fosfat dehidrogenaze (G6PD) te nastaje 6-fosfoglukono-δ-lakton. NADP+ je akceptor elektrona i ravnoteža reakcije je u smjeru nastajanja NADPH.

Druga reakcija oksidativnog puta pentozafosfata

Lakton se hidrolizira u kiselinu, 6-fosfoglukonat, pomoću laktonaze

4

Treća reakcija oksidativnog puta pentozafosfata

Iz 6-fosfoglukonata, oksidacijom i dekarboksilacijom, što katalizira 6-fosfoglukonat dehidrogenaza, nastaje ketopentoza odnosno ribuloza 5-fosfat. U ovoj se reakciji NADP+ ponovno reducira u NADPH.

Prikaz reakcija oksidativnog dijela puta pentoza fosfata

U ovom dijelu puta nastaju dvije molekule NADPH i jedna molekulapentoza fosfata.

5

Bilanca oksidativnog dijela puta pentoza fosfata

Ribuloza 5-fosfat može seizomerazom pretvoriti uriboza-5-fosfat (aldozu)

ilifosfopentoza epimerazom

uksiluloza-5-fosfat (ketozu).

Mnoga tkiva ne trebaju riboza-5-fosfat te pretvaraju riboza-5-fosfat u gliceraldehid-3-fosfat i fruktoza-6-fosfat. Transketolaze i transaldolaze omogućavaju ove pretvorbe.

Bilanca oksidativnog dijela puta pentoza fosfata

glukoza 6-fosfat + 2NADP+ + H2O →riboza 5-fosfat + CO2 + 2NADPH + 2H+

Ukupni rezultat je proizvodnja NADPH koji je reducens u biosintetskim reakcijama, kao i riboza 5-fosfat koja je preteča u sintezi nukleotida.

6

Put pentoza fosfata i glikolizu povezuju transketolaze i transaldolaze

Ribuloza 5-fosfat može seizomerazom pretvoriti uriboza-5-fosfat (aldozu)

ilifosfopentoza epimerazom

uksiluloza-5-fosfat (ketozu).

Mnoga tkiva ne trebaju riboza-5-fosfat te pretvaraju riboza-5-fosfat u gliceraldehid-3-fosfat i fruktoza-6-fosfat. Transketolaze i transaldolaze omogućavaju ove pretvorbe.

Neoksidativne reakcije puta pentoza fosfata povezuju put pentoza fosfata s glikolizom

Ove reakcije pretvaraju pentozafosfate u heksoza fosfate što omogućava dalje provođenje oksidativnih reakcija. Specifični enzimi ovog puta su transketolaza i transaldolaza. Ostali enzimi koji kataliziraju pojedine reakcije ovog puta sudjeluju i u glikolitičkom ili pak putu glukoneogeneze.

7

Put pentoza fosfata i glikolizu povezuju transketolaze i transaldolaze

Transketolaze i transaldolaze povezuju put pentoza fosfata s glikolizom jer kataliziraju tri uzastopne reakcije:

C5 + C5 ↔ C3 + C7C3 + C7 ↔ C6 + C4C4 + C5 ↔ C6 + C3

Tako da je ukupno: 3C5 ↔ 2C6 + C3 odnosno pretvorbom 3 pentoze nastaju 2 heksoze i jedna trioza.

Transketolaza katalizira prijenos jedinice od dva ugljika s donora ketoze na akceptor alodozu

Općenita shema reakcije transketolaza. Transketolaza prenosi 2 ugljikova atoma (2 C jedinice) sa ketoze (donora) na aldozu (akceptor).

8

Općenita reakcija transaldolaza

Na aldozu, akceptor, reakcijom koju kataliziiratransaldolaza, prenose se 3 C jedinice sa ketoze (donora), te nastaje ketoza.

Neoksidativne reakcije puta pentoza fosfata

Shematski prikaz kako se 6 pentoza(5C) pretvaraju u 5 heksoza (6C). Tijekom ove pretvorbe dolazi do pregradnji koje su prikazane na prethodnom dijapozitivu. Svaka prikazana pregradnja je reverzibilna. Jednosmjerne strelice su korištene samo kako bi se ukazalo na smjer reakcija tijekom kontinuirane oksidacije glukoza 6-fosfata.

U reakcijama fotosinteze, koje ne ovise o svjetlu, smjer prikazanih reakcija je suprotan.

9

Transketolaza katalizira prijenos jedinice od dva ugljikas donora ketoze na akceptor alodozu

Pretvorba dvije molekule pentoza fosfata u trioza fosfat i seduheptuloza 7-fosfat, fosfat šećera sa 7 C-atoma.

U ovoj prvoj reakciji transketolaza prenosi C-1 i C-2 sa ksiluloza-5-fosfata na riboza-5-fosfat, pri čemu nastaju seduheptuloza-7-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat.

Transaldolaza katalizira prijenos tri ugljikova atoma na gliceraldehid

U drugoj reakciji transaldolaza uklanja 3 ugljikove jedinice sa seduheptuloza--7-fosfata (ketoze) te ih donira gliceraldehid-3-fosfatu (aldozi). Ovom reakcijom nastaju eritroza-4-fosfat (aldoza) i fruktoza-6-fosfat (ketoza).

10

Transketolaza prenosi dvije C-jedinice sa ksiluloza-5-fosfata na eritroza-4-fosfat.

U trećoj reakciji, transketolaza prenosi s ksiluloza-5-fosfata (ketoza) dvije jedinice ugljikovih atoma na eritroza-4-fosfat (aldoza), te nastaje gliceraldehid-3-fosfat(aldoza) i fruktoza-6-fosfat (ketoza).

U završnoj reakciji puta pentoza fosfata, ukoliko je potrebno, fruktoza-6-fosfatpretvara se pomoću heksoza izomeraze u glukoza-6-fosfat.

Put pentoza fosfata i glikolizu povezuju transketolaze i transaldolaze

Sumarno, ove tri reakcije daju:2 ksiluloza-5-fosfat + riboza-5-fosfat ↔

2 fruktoza-6-fosfat + gliceraldehid-3-fosfat

Kako se ksiloza-5-fosfat djelovanjem fosfopentoza epimeraze i fosfopentoza izomeraze može pretvoriti u riboza-5-fosfat

Suma ove tri reakcije je:3 riboza-5-fosfat ↔ 2 fruktoza-6-fosfat + gliceraldehid-3-fosfat

Prema tome, višak riboza-5-fosfata koji nastaje u oksidativnomdijelu puta pentoza fosfata, djelovanjem transketolaze i transaldolaze može se pretvoriti u međuprodukte glikolitičkogputa.

11

Tablični prikaz reakcija puta pentoza fosfata

Sažetak puta pentoza fosfata

Dvije molekule gliceraldehid-3-fosfata koje nastaju tijekom dvije transketolazne reakcije mogu se pretvoriti pomoću aldolaze u fruktoza 1,6-bisfosfat kao što je to u glukoneogenezi. Djelovanjem FBPaze-1 i fosfoheksoza izomeraze fruktoza-1,6-bisfosfat pretvara se u glukoza-6-fosfat.U oksidativnom dijelu puta pentoza fosfata, prva i treća reakcija (reakcije u kojima nastaje NADPH) su oksidacije s velikom promjenom slobodneenergije, pa su u stanici ireverzibilne. Reakcije neoksidativnog dijela puta pentoza fosfata su uglavnom reverzibilne i omogućavaju pretvorbe pentozafosfata u heksoza fosfate i obratno.Svi enzimi puta pentoza fosfata nalaze se u citosolu kao što se to isto nalaze i enzimi uključeni u glikolizu odnosno glukoneogenezu. Ova tri puta povezana su preko nekoliko zajedničkih međuprodukata i enzima. Gliceraldehid 3-fosfat može se prevesti ili u glukoza-6-fosfat ili se može oksidirati do piruvata. Sudbinu trioza određuju stanične potrebe za pentozafosfatima, NADPH i ATP.

12

Sažetak puta pentoza fosfata

Glukoza 6-fosfat koji nastaje putom pentoza fosfata koristi se ili u glikolizi ili se može ponovno koristiti u putu pentoza fosfata. Da li će glukoza 6-fosfat ući u glikolizu ili u put pentoza fosfata ovisi o trenutačnim potrebama stanice kao i o koncentraciji NADP+ u citoplazmi. Bez ovog akceptora elektrona prva reakcija puta pentozafosfata (reakcija koju katalizira G6PD) ne može se provesti. Kada stanica brzo pretvara NADPH u NADP+, kao što je to u biosintetskimreakcijama, koncentracija NADP+ se povećava te alosteričkistimulira G6PD, pa se protok glukoza-6-fosfata kroz put pentozafosfata povećava. Kada se smanji potreba za NADPH, smanjuje se i koncentracija NADP+, te se usporava put pentoza fosfata, a glukoza-6-fosfat koristi se za glikolizu.

Uloga NADPH u regulaciji korištenja glukoza-6-fosfata između glikolize i puta pentozafosfata. Kada NADPH nastaje brže nego što se iskorištava u biosintetskim reakcijama, ili u reakcijama detoksifikacije, koncentracija NADPH se povećava i inhibira prvi enzim puta pentozafosfata, tj. glukoza-6-fosfatdehidrogenazu (G6PD).

Sudbina glukoza-6-fosfata ovisi o koncentracijama NADPH, riboza-5-fosfata i ATP.

13

Sudbina glukoza-6-fosfata ovisi o NADPH, riboza-5-fosfatu i ATP

Veća je potreba za riboza-5-fosfatom nego za NADPH.

U tom slučaju najveća količina glukoza-6-fosfata pretvorit će se glikolizom do fruktoza-6-fosfata i gliceraldehid-3-fosfata koji će se onda neoksidativnim dijelom puta pentoza fosfata pretvoriti u riboza-5-fosfat.

5 glukoza-6-fosfat + ATP → 6 riboza-5-fosfat + ADP + H+

Sudbina glukoza-6-fosfata ovisi o NADPH, riboza-5-fosfatu i ATP

Ujednačena je potreba i za riboza-5-fosfatom i za NADPH.

Reakcije koje će se u ovom slučaju odvijati su: sinteza dvije molekule NADPH i riboza-5-fosfata iz jedne molekule glukoza-6-fosfata.

To znači da se put pentoza fosfata zaustavlja nakon oksidativnog dijela puta.

Glukoza-6-fosfat + 2NADP+ + H2O → riboza-5-fosfat + 2NADPH + H+ + CO2

14

Sudbina glukoza-6-fosfata ovisi o NADPH, riboza-5-fosfatu i ATP

Potrebno je daleko više NADPH nego riboza-5-fosfata

U ovom slučaju odvijat će se tri vrste reakcija:

1. oksidativni dio puta pentoza fosfata;

2. neoksidativni dio puta;

3. Iz trioza, glukoza će se resintetizirati reakcijama glukoneogeneze.

Glukoza-6-fosfat + 12NADP+ + 6H2O → 6 CO2 + 12NADPH + 12 H+

Biosintetički aktivna tkiva kojima je potrebna velika količina NADPH

15

Sudbina glukoza-6-fosfata ovisi o NADPH, riboza-5-fosfatu i ATP

Potrebni su i NADPH i ATP.

Riboza-5-fosfat koja nastaje u oksidativnom dijelu ciklusa pretvara se dalje glikolitičkimreakcijama u piruvat.

3 glukoza-6-fosfat + 6NADP+ + 5NAD+ + 5Pi + 8ADP →

5piruvat + 3CO2 + 6NADPH + 5NADH + 8ATP + 2H2O + 8H+

Glukoza-6-fosfat dehidrogenaza umanjuje oksidativni stres

GSSG + NADPH + H+ ↔ 2 GSH + NADP+Glutation reduktaza

2GSH + ROOH ↔ GSSG + H2O + ROHGlutation peroksidaza

Nedostatak reduciranog glutationa (deficit glukoza-6-dehidrogenaze) dovodi do stvaranja agregata hemoglobina u eritrocitima.

16

Uloga NADPH i glutationa u zaštiti stanica od reaktivnih kisikovih radikala. Reducirani glutation (GSH) štiti stanicu jer uništava vodikov peroksid i slobodne hidroksilne radikale. Za regeneraciju GSH iz njegovog oksidiranog oblika (GSSG) potreban je NADPH koji nastaje tijekom reakcije glukoza-6-fosfatdehidrogenaze.

Glukoza-6-fosfat dehidrogenaza umanjuje oksidativni stres