stringtranslate.com

Пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь (также называемый фосфоглюконатным путем и гексозомонофосфатным шунтом или шунтом HMP ) является метаболическим путем, параллельным 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 клетках (эритроцитах). Реакции этого пути были выяснены в начале 1950-х годов Бернардом Хорекером и его коллегами. [2] [3]

В этом пути есть две отдельные фазы. Первая — окислительная фаза, в которой генерируется НАДФН, а вторая — неокислительный синтез пятиуглеродных сахаров. Для большинства организмов пентозофосфатный путь происходит 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 основном катализируются ферментами в современных клетках, однако они также происходят неферментативно в условиях, которые воспроизводят условия архейского океана, и катализируются ионами металлов , в частности ионами железа (Fe(II)). [5] Это говорит о том, что происхождение пути может восходить к добиологическому миру.

Исход

Основными результатами этого пути являются:

Ароматические аминокислоты, в свою очередь, являются предшественниками многих биосинтетических путей, включая лигнин в древесине. [ необходима цитата ]

Пищевые пентозные сахара, полученные в результате переваривания нуклеиновых кислот, могут метаболизироваться через пентозофосфатный путь, а углеродные скелеты пищевых углеводов могут быть преобразованы в гликолитические/глюконеогенные промежуточные продукты.

У млекопитающих PPP встречается исключительно в цитоплазме. У людей он наиболее активен в печени, молочных железах и коре надпочечников. [ необходима цитата ] PPP является одним из трех основных способов, с помощью которых организм создает молекулы с восстановительной способностью, составляя примерно 60% продукции NADPH у людей. [ необходима цитата ]

Одним из применений НАДФН в клетке является предотвращение окислительного стресса . Он восстанавливает глутатион через глутатионредуктазу , которая преобразует реактивную H2O2 в H2O с помощью глутатионпероксидазы . При отсутствии H2O2 будет преобразован в гидроксильные свободные радикалы с помощью химии Фентона , которые могут атаковать клетку. Эритроциты, например, генерируют большое количество НАДФН через пентозофосфатный путь для использования в восстановлении глутатиона .

Перекись водорода также вырабатывается для фагоцитов в процессе, часто называемом респираторным взрывом . [6]

Фазы

Окислительная фаза

На этом этапе две молекулы НАДФ + восстанавливаются до НАДФН , используя энергию превращения глюкозо-6-фосфата в рибулозо-5-фосфат .

Окислительная фаза пентозофосфатного пути.
Глюкозо-6-фосфат ( 1 ), 6-фосфоглюконо-δ-лактон ( 2 ), 6-фосфоглюконат ( 3 ), рибулозо-5-фосфат ( 4 )

Весь набор реакций можно суммировать следующим образом:

Общая реакция этого процесса:

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

Неокислительная фаза

Неокислительная фаза пентозофосфатного пути

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 [ требуется ссылка ] . Он аллостерически стимулируется НАДФ + и сильно ингибируется НАДФН . [7] Соотношение НАДФН:НАДФ + является основным способом регуляции фермента и обычно составляет около 100:1 в цитозоле печени [ требуется ссылка ] . Это делает цитозоль высоковосстановительной средой. Путь, использующий НАДФН, образует НАДФ + , который стимулирует глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу для производства большего количества НАДФН. Этот шаг также ингибируется ацетил-КоА . [ требуется ссылка ]

Активность G6PD также посттрансляционно регулируется цитоплазматической деацетилазой SIRT2 . Деацетилирование и активация G6PD, опосредованные SIRT2, стимулируют окислительную ветвь PPP для поставки цитозольного НАДФН для противодействия окислительному повреждению или поддержки липогенеза de novo . [8] [9]

Эритроциты

Было отмечено, что несколько недостатков в уровне активности (не функции) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы связаны с устойчивостью к малярийному паразиту Plasmodium falciparum среди лиц средиземноморского и африканского происхождения. Основой этой устойчивости может быть ослабление мембраны эритроцита (эритроцит является клеткой-хозяином для паразита), так что он не может поддерживать паразитический жизненный цикл достаточно долго для продуктивного роста. [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Alfarouk KO, Ahmed SB, Elliott RL и др. (2020). "Динамика пути пентозофосфата при раке и ее зависимость от внутриклеточного pH". Метаболиты . 10 : 285. doi : 10.3390/metabo10070285 . PMC  7407102. PMID  32664469 .
  2. ^ Хорекер BL, Смирниотис PZ, Сигмиллер JE (1951). «Ферментативное превращение 6-фосфоглюконата в рибулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат». J. Biol. Chem . 193 (1): 383–396. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . PMID  14907726.
  3. ^ Хорекер Б. Л. (2002). «Пентозофосфатный путь». J. Biol. Chem . 277 (50): 47965–47971. doi : 10.1074/jbc.X200007200 . PMID  12403765.
  4. ^ Kruger NJ, von Schaewen A (июнь 2003 г.). «Окислительный пентозофосфатный путь: структура и организация». Current Opinion in Plant Biology . 6 (3): 236–246. Bibcode :2003COPB....6..236K. doi :10.1016/S1369-5266(03)00039-6. PMID  12753973.
  5. ^ Келлер МА, Турчин АВ, Ралсер 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. PMC 4023395. PMID  24771084 . 
  6. ^ Иммунология в MCG 1/cytotox
  7. ^ Voet Donald , Voet Джудит Дж. (2011). Биохимия (4-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 894. ИСБН 978-0-470-57095-1.
  8. ^ Wang YP, Zhou LS, Zhao YZ, Wang SW, Chen LL, Liu LX, Ling ZQ, Hu FJ, Sun YP, Zhang JY, Yang C, Yang Y, Xiong Y, Guan KL, Ye D (июнь 2014 г.). «Регуляция ацетилирования G6PD с помощью SIRT2 и KAT9 модулирует гомеостаз NADPH и выживаемость клеток во время окислительного стресса». EMBO Journal . 33 (12): 1304–20. doi :10.1002/embj.201387224. PMC 4194121. PMID  24769394 . 
  9. ^ Xu SN, Wang TS, Li X, Wang YP (сентябрь 2016 г.). «SIRT2 активирует G6PD для усиления продукции NADPH и содействия пролиферации лейкозных клеток». Sci Rep . 6 : 32734. Bibcode : 2016NatSR ...632734X. doi : 10.1038/srep32734. PMC 5009355. PMID  27586085. 
  10. ^ Каппадоро М., Джирибальди Г., О'Брайен Э. и др. (октябрь 1998 г.). «Ранний фагоцитоз эритроцитов с дефицитом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФД), паразитирующих на Plasmodium falciparum, может объяснить защиту от малярии при дефиците Г6ФД». Кровь . 92 (7): 2527–34. doi : 10.1182/blood.V92.7.2527 . PMID  9746794.

Внешние ссылки