Put pentoza fosfata

Put pentoza fosfata (engl. Penthose phosphate pathway, PPP) je metbolički put kojim ćelije proizvode šećere sa pet atoma ugljenika (pentoze) i redukovani nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH). Ovaj je metabolički put paralelan glikolizi i delomično s njom povezan. Kod većine organizama put pentoza fosfata se odvija u citoplazmi, jedino se kod biljaka odvija u plastidima ^[1].

Tok ovog metaboličkog puta može biti podeljen u dve faze: oksidativnu i neoksidativnu.

Najvažniji metabolički produkti puta pentoza fosfata su:

• redukorani koenzim NADPH. NADPH potom ulazi u različite procese biosinteze kao npr. masnih kiselina i holesterola,
• riboza-5-fosfat, koji ulazi u procese sinteze nukleotida,
• eritroza-4-fosfat, koji ulazi u proces sinteze aromatičnih aminokiselina.

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

Kod životinja se put pentoza fosfata odvija isključivo u citoplazmi. Organi u kojima je ovaj proces posebno aktivan su jetra, mlečna žlezda dojke, korteks nadbubrežne žlezde, jajnici i testisi. Proces je odsutan u mišićima. Put pentoza fosfata je jedan od najvažnijih načina sinteze molekula s redukujućim delovanjem i odgovoran je za 60% proizvodnje NADPH kod metabolizma čoveka.

NADPH u ćelijama ima ulogu inaktiviranja štetnog delovanja molekula koj izazivaju oksidativni stres. Enzim glutation reduktaza koristi NADPH kako bi redukovao oksidirani oblik glutationa (GSSG) u njegov redukovani oblik (GSH). Redukovani glutation se u daljim reakcijama koristi kao redukujući molekul koji pretvara potencijalno štetni vodonik peroksid (H₂O₂) u vodu. Ovaj je mehanizam posebno prisutan kod crvenih krvnih zrnaca (eritrocita) i njihov je jedini izvor NADPH.

Oksidativna fazauredi kod

U ovoj faza metaboličkog puta odvijaju tri reakcije pri kojima se jedan molekul glukoze-6-fosfata pretvara u ribulozu-5-fosfat. Tokom reakcije dva molekula NADP⁺ se redukuju u NADPH^[2].

U sledećoj tabeli je sažet je tok enzimskih reakcija:

Zbirna stehiometrijska jednačina oksidativne faze je:

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

Neoksidativna fazauredi kod

U ovoj fazi puta pentoza fosfata, koja se sastoji od niza složenih reakcija, dolazi do konverzije ribuloze-6-fosfata u konačne produkte gliceraldehid-3-fosfat i fruktozu-6-fosfat. Ovi produkti potom ulaze u proces glikolize kao reaktanti. Sve enzimatske reakcije neoksidativne faze su reverzibilne i zavise od koncentracije različitih supstrata.^[2]

Prva je reakcija epimerizacija konačnog produkta oksidativne faze, šećera ribuloze-6-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 sledećoj fazi ksiluloza-5-fosfat i riboza-5-fosfat ulaze u proces rekombiniranja dva atoma ugljenika od strane enzima transketolaze pri čemu nastaju sedoheptuloza-7-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat.

Ova dva produkta postaju supstrati sledeće reakcije rekombiniranja atoma ugljenika od strane enzima transaldolaze i kao produkt nastaju fruktoza-6-fosfat i eritroza-4-fosfat. Frukoza-6-fosfat može direktno da ide u proces glikolize kao supstrat, dok se eritroza-4-fosfat mora dodatno obraditi. Enzim transketolaza rekombinuje ugljenikove atome eritroze-4-fosfata s ksilulozom-5-fosfat dobijenom 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.

Na slici je prikazana skica neoksidativne faze puta pentoza fosfata:

Sve enzimatske reakcije neoksidativne faze puta pentoza fosfata sažete su u sledećoj tabeli:

Regulacija puta pentoza fosfata u tkivimauredi kod

Ovaj je metabolički put izuzetno prilagodljiv potrebama ćelije za različitim supstratima zahvaljujući povratnosti enzimatskih reakcija. Reakcije će se odvijati u određenom smeru zavisno od koncentracije i potreba ATP, NADPH, riboze-5-fosfata, piruvata ili acetil-CoA u ćeliji.

Prvi enzim u nizu reakcija, glukoza-6-fosfat dehidrogenaza je najviše podložan regulaciji. Inhibiran je visokim koncentracijama NADPH u citoplazmi, pošto je to produkt reakcije. Odnos 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 ćelijama masnog tkiva, gde 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 ćelija odmah koristi kao kofaktor, dok se riboza-5-fosfat do kraja transformiše u fruktozu-6-fosfat i gliceraldeid-3-fosfat koji ulaze u reakciju glikolize. Ćelije masnog tkiva nisu posebno aktivne u replikaciji, stoga nemaju posebnu potrebu akumuliranja riboze, pošto je sinteza nukleinskih kiselina minimalna. Glikoliza daje ćeliji 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.^[3]

Ćelije 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-fosfat i fruktoze-6-fosfata kao početnih supstrata.^[4]

Referenceuredi kod

Spoljašnje vezeuredi kod

• The chemical logic behind the pentose phosphate pathway Arhivirano 2006-04-30 na Wayback Machine-u
• MeSH Pentose+Phosphate+Pathway
• Pentose phosphate pathway Map - Homo sapiens