Put ili ciklus pentoza-fosfata (eng. Penthose phosphate pathway, PPP) jest metabolički put kojim stanice proizvode šećere s pet atoma ugljika (pentoze) i reducirani nikotinamid-adenin-dinukleotid-fosfat (NADPH). Taj je metabolički put paralelan glikolizi i djelomično s njom povezan. Kod većine organizama put pentoza-fosfata se odvija u citoplazmi, jedino se kod biljaka odvija u plastidima.

Tijek ovog metaboličkog puta može biti podijeljen u dvije faze: oksidativnu i neoksidativnu.

Najvažniji metabolički produkti puta pentoza-fosfata jesu: reducirani koenzim NADPH, koji ulazi u različite procese biosinteze kao npr. masnih kiselina i kolesterola, riboza-5-fosfat, koji ulazi u procese sinteze nukleotida, eritroza-4-fosfat, koji ulazi u proces sinteze aromatskih aminokiselina.

Pentoze koje se unose putem hrane, kao rezultat razgradnje nukleinskih kiselina mogu biti metabolizirane u putu pentoza-fosfata.

Kod životinja se put pentoza-fosfata odvija isključivo u citoplazmi. Organi u kojima je ovaj proces posebno aktivan su: jetra, mliječna žlijezda dojke, korteks nadbubrežne žlijezde, jajnici i testisi. Proces je odsutan u mišićima. Put pentoza-fosfata je jedan od najvažnijih načina sinteze molekula s reducirajućim djelovanjem i odgovoran je za 60% proizvodnje NADPH kod metabolizma čovjeka.

NADPH u stanicama ima ulogu inaktiviranja štetnog djelovanja molekula koje izazivaju oksidativni stres. Enzim glutation-reduktaza koristi NADPH kako bi reducirao oksidirani oblik glutationa (GSSG) u njegov reducirani oblik (GSH). Reducirani se glutation u daljnjim reakcijama koristi kao reducirajuća molekula koja pretvara potencijalno štetni vodikov peroksid u vodu. Ovaj je mehanizam posebno prisutan kod eritrocita i njihov je jedini izvor NADPH. Oksidativna faza U ovoj fazi metaboličkog puta postoje tri reakcije pri kojima se jedna molekula glukoze-6-fosfata pretvara u ribulozu-5-fosfat. Tijekom reakcije dvije se molekule NADP+ reduciraju u NADPH. Wamelink MM, Struys EA, Jakobs C. The biochemistry, metabolism and inherited defects of the pentose phosphate pathway: a review. J Inherit Metab Dis. prosinac 2008.; 31(6):703-17. Review

center|mini|650px|glukoza-6-fosfat (1), 6-fosfoglukono-δ-lakton (2), 6-fosfoglukonat (3), ribuloza-5-fosfat (4)

U tablici niže sažet je tijek enzimskih reakcija:

reaktanti produkti enzim opis reakcije glukoza-6-fosfat + NADP+ → 6-fosfoglukono-δ-lakton + NADPH glukoza-6-fosfat-dehidrogenaza Dehidrogenacija. Hemiacetalna hidroksilna grupa smještena na prvom ugljikovom atomu glukoze-6-fosfata pretvara se u karbonilnu skupinu, dajući lakton. Pri tom se procesu stvara jedna molekula NADPH. 6-fosfoglukono-δ-lakton + H2O → 6-fosfoglukonat + H+ 6-fosfoglukonolaktonaza Hidroliza 6-fosfoglukonat + NADP+ → ribuloza 5-fosfat + NADPH + CO2 6-fosfoglukonat-dehidrogenaza Oksidativna dekarboksilacija. Tijekom ove reakcije NADP+ se reducira u još jednu molekulu NADPH te i kao produkt nastaje ugljikov dioksid i ribuloza-5-fosfat.

Zbirna jednadžba kemijske reakcije oksidativne faze je:

glukoza-6-fosfat + 2 NADP+ + H2O → ribuloza-5-fosfat + 2 NADPH + 2 H+ + CO2 Neoksidativna faza U ovoj fazi puta pentoza-fosfata, koja se sastoji od niza složenih reakcija, dolazi do konverzije ribuloze-5-fosfata u konačne produkte gliceraldehid-3-fosfat i fruktozu-6-fosfat. Ovi produkti potom ulaze u proces glikolize kao reaktanti. Sve enzimske reakcije neoksidativne faze su reverzibilne i ovise o koncentraciji različitih supstrata.

Prva je reakcija epimerizacija konačnog produkta oksidativne faze, šećera ribuloze-5-fosfata u ksilulozu-5-fosfat od strane enzima pentoza-5-fosfat-epimeraze. Ribuloza-5-fosfat može ući i u reakciju izomerizacije preko enzima pentoza-5-fosfat-izomeraze pri čemu nastaje riboza-5-fosfat.

U sljedećoj fazi ksiluloza-5-fosfat i riboza-5-fosfat ulaze u proces rekombiniranja dva atoma ugljika od strane enzima transketolaze pri čemu nastaju sedoheptuloza-7-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat.

Ova dva produkta postaju supstrati sljedeće reakcije rekombiniranja atoma ugljika od strane enzima transaldolaze i kao produkt nastaju fruktoza-6-fosfat i eritroza-4-fosfat. Frukoza-6-fosfat može izravno ući u proces glikolize kao supstrat, dok se eritroza-4-fosfat mora dodatno obraditi. Enzim transketolaza rekombinira ugljikove atome eritroze-4-fosfata sa ksilulozom-5-fosfat dobivenom iz prve reakcije epimerizacije i kao produkti nastaju fruktoza-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat. Oba novonastala produkta mogu ući u glikolizu kao supstrati.

Osim u proces glikolize, fruktoza-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat mogu ući i u metabolički put glukoneogeneze ako organizam ima potrebu za sintezom glukoze. center|640x640px|neoksidativna faza puta pentoza-fosfata|mini

Sve enzimske reakcije neoksidativne faze puta pentoza-fosfata sažete su u tablici niže: reaktanti produkti enzim ribuloza-5-fosfat → riboza-5-fosfat ribuloza-5-fosfat isomeraza ribuloza-5-fosfat → ksiluloza-5-fosfat ribuloza-5-fosfat-3-epimeraza ksiluloza-5-fosfat + riboza-5-fosfat → gliceraldehid-3-fosfat + sedoheptuloza-7-fosfat transketolaza sedoheptuloza-7-fosfat + gliceraldeid-3-fosfat → eritroza-4-fosfat + fruktoza-6-fosfat transaldolaza ksiluloza-5-fosfat + eritroza-4-fosfat → gliceraldehid-3-fosfat + fruktoza-6-fosfat transketolaza

Regulacija puta pentoza-fosfata u tkivima Ovaj je metabolički put izuzetno prilagodljiv potrebama stanice za različitim supstratima zahvaljujući povratnosti enzimskih reakcija. Reakcije će se odvijati u određenom smjeru ovisno o koncentraciji i potrebama ATP, NADPH, riboze-5-fosfata, piruvata ili acetil-CoA u stanici.

Prvi enzim u nizu reakcija, glukoza-6-fosfat-dehidrogenaza je najviše podložan regulaciji. Pošto je produkt same reakcije, inhibira ga visoka koncentracija NADPH u citoplazmi. Omjer NADPH/NADP+ veći od 10 inhibira aktivnost enzima za više od 90 %. Ostali inhibitori ovog enzima su ADP i AMP, dok ATP ima ulogu aktivatora.

Put pentoza-fosfata je izuzetno snažno aktiviran u stanicama masnog tkiva gdje postoji višak glukoze koja se pretvara u masne kiseline i velika potreba za NADPH koji ulazi u proces biosinteze masnih kiselina. Kao produkt osidativne faze puta-pentoza fosfata nastaje NADPH, kojeg stanica odmah koristi kao kofaktor, dok se riboza-5-fosfat do kraja transformira u fruktozu-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat koji ulaze u reakciju glikolize. Stanice masnog tkiva u replikaciji nisu posebno aktivne, stoga nemaju posebnu potrebu akumuliranja riboze pošto je sinteza nukleinskih kiselina minimalna. Glikoliza pak daje stanici acetil-CoA kao konačni produkt koji je osnovni supstrat za sintezu masnih kiselina. U mišićnom su tkivu potrebe za NADPH vrlo male, dok su potrebe za glukozom-6-fosfatom velike, stoga će put pentoza-fosfata biti neaktivan. Mailloux RJ, Harper ME. Glucose regulates enzymatic sources of mitochondrial NADPH in skeletal muscle cells; a novel role for glucose-6-phosphate dehydrogenase.FASEB J. srpanj 2010.; 24(7):2495-506.

Stanice koje se nalaze u fazi aktivne replikacije imaju velike potrebe za ribozom-5-fosfat kako bi moglo doći do sinteze nukleinskih kiselina. Kod tih stanica može doći do inverzije neoksidativne faze puta pentoza-fosfata, pri čemu dolazi do formiranja riboze-5-fosfata počevši od gliceraldehida-3-fosfata i fruktoze-6-fosfata kao početnih supstrata. http://bloodjournal.hematologylibrary.org/cgi/content/full/92/7/2527 Early Phagocytosis of Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase (G6PD)-Deficient Erythrocytes Parasitized by Plasmodium falciparum May Explain Malaria Protection in G6PD Deficiency] Izvori

Vanjske poveznice The chemical logic behind the pentose phosphate pathway

Pentose phosphate pathway Map - Homo sapiens

Kategorija:Organofosforni spojevi Kategorija:Metabolizam