oksidativ pentosefosfatvei

Oksidativ pentosefosfatvei, oksiderer glukose og lager reduksjonskraften NADPH og mellomprodukter med karbon som blir brukt i andre metabolismeveier i oppbygningen av organismene (anabolisme). Hos pattedyr deltar redokskofaktoren NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat i redusert form) i beskyttelse mot oksidativt stress, i immunsystemet med forsvar mot virus og bakterier, samt i biosyntese av fettsyrer, steroidhormoner og kolesterol. Vitamin B3 (niacin) er en dal av nikotinamid i NADPH. Hos de fleste organismer er pentosefosfatveien lokalisert i cytosol, i planter er den også i plastider. Pentosefosfatveien er delt i en oksidativ fase og en ikke-oksidativ fase med resirkulering av pentosesukker.

Faktaboks

Også kjent som

Pentosefosfatvei. Fosfoglukonatvei. Heksose monofosfatvei.

Produksjon av pentosefosfat og NADPH

Første del av metabolismeveien blir glukose-6-fosfat omdannet til 6-fosfoglukonat i en oksidasjon etterfulgt av hydrolyse, ny oksidasjon og dekarboksylering til ribulose-5-fosfat.

Reduksjonskraften nikotinamid adenin dinukleotidfosfat i redusert form (NADPH) blir laget fra den oksiderte formen NADP+ som virker som elektronakseptor og deltar i overføring av elektroner (e-) og protoner (H+).

NADP+ + 2e- + 2H+ → NADPH + H+

I samme reaksjon blir glukose-6-fosfat oksidert til 6-fosfoglukono-δ-lakton katalysert av enzymet glukose-6-fosfat dehydrogenase med magnesium som kofaktor (Mg2+):

glukose-6-fosfat + NADP+ → 6-fosfoglukono-δ-lakton + NADPH + H+

Etterfulgt av en hydrolyse katalysert av laktonase:

6-fosfoglukono-δ-lakton + H2O → 6-fosfoglukonat

Glukose-6-fosfat fungerer også som et substrat i glykolysen, en alternativ omsetningsvei for glukose.

I neste trinn skjer dekarboksylering og den andre oksidasjonen hvor det på nytt lages NADPH, samtidig som det skilles ut karbondioksid (CO2) og produktet blir ribulose-5-fosfat katalysert av enzymet glukonat-6-fosfat dehydrogenase:

6-fosfoglukonat + NADP+ → ribulose-5-fosfat + CO2 + NADPH + H+

Ribulose-5-fosfat omdannes til D-ribose-5-fosfat katalysert av enzyet pentosefosfat isomerase:

ribulose-5-fosfat ↔ ribose-5-fosfat

I noen tilfeller stopper pentosefosfatveien ved ribulose-5-fosfat, det vil si to molekyler NADP+ blir redusert til NADPH og glukose-6-fosfat omdannes til ribulose-5-fosfat.:

glukose-6-fosfat + 2 NADP+ + H2O → ribose-5-fosfat + CO2 + 2 NADPH + 2H+

I cellevev med aktive celledelinger, hos dyr i hud, beinmarg, og slimhinner er det stort behov for ribose-5-fosfat for å lage nukleotider og nukleinsyrene DNA og RNA. Ribose-5-fosfat deltar også i biosyntesen av kjemisk energi i form av adenosintrifosfat (ATP), samt reduksjonskraft nikotinamid adenin dinukleotid i redusert form (NADH). NADH blir laget ved oksidasjon i glykolyse og sitronsyresyklus og omdannes til ATP i elektrontransportkjeden i mitokondriene. Ribose-5-fosfat inngår sammen med vitamin B2 (riboflavin) i oppbygging av flavoproteinet flavin adenin dinukleotid i redusert form (FADH2), samt acetyl-koenzym A hvor vitamin B5 (pantotensyre) er nødvendig. Dessuten blir reduksjonkraften NADPH brukt til reduksjoner i biosyntesen av fettsyrer, og til å lage kolesterol og steroidhormoner. NADPH blir sammen med tripeptidet glutation anvendt i forsvaret mot oksidativt stress. I immunforsvaret blir enzymet NADPH oksidase brukt til å lage reaktive superoksidanionradiakalet O2- , en reaktiv oksygenforbindelse brukt i forsvar mot bakterier og virus

NADPH + 2O2 → NADP+ + 2O2- + H+

Resirkulering av pentosefosfater

I den gjenværende delen av pentosefosfatveien er det ingen oksidasjon og seks pentosefosfater blir omdannet til fem sekskarbonsukkere (glukose-6-fosfat ) som pentosefosfatveien startet med.

Ribulose-5-fosfat blir omdannet xylulose-5-fosfat katalysert av pentosefosfat epimerase (ribulose-5-fosfat isomerase):

ribulose-5-fosfat ↔ xylulose-5-fosfat

Enzymet transketolase overfører en C2-enhet med to karbonatomer fra en ketose som virker som en donor til en aldose som virker som en akseptor, hvor ribose-5-fosfat og karbonatom 1 og 2 fra xylulose-5-fosfat lager produktene sedoheptulose-7-fosfat med syv karbonatomer og 3-fosfoglyceraldehyd (glyceraldehyd-3-fosfat). Transketolase bruker thiaminpyrofosfat som kofaktor, bygget opp fra vitamin B1 (tiamin).

Etterfulgt av en transaldolase som virker på disse produktene og lager fruktose-6-fosfat og firkarbonforbindelsen erythrose-4-fosfat.

sedoheptulose-7-fosfat + 3-fosfoglyceraldehyd → fruktose-6-fosfat + erythrose-4-fosfat

Neste transketolasereaksjon omformes xylulose-5-fosfat og erythrose-4-fosfat til 3-fosfoglyceraldehyd og fruktose-6-fosfat.

xylulose-5-fosfat + erythrose-4-fosfat → fruktose-6-fosfat + 3-fosfoglyceraldehyd

To molekyler 3-fosfoglyceraldehyd blir på samme måte som i glukoneogenesen omdannet til fruktose-1,6-bisfosfat. Først en isomerasereaksjon

3-fosfoglyceraldehyd ↔ dihydroksyacetonfosfat

Deretter:

3-fosfoglyceraldehyd + dihydroksygasetonfosfat → fruktose-1,6-bisfosfat

Etterfulgt avenzymet fruktose-1,6-bisfosfatase

fruktose-1,6-bisfoat + H2O → fruktose-6-fosfat

Fruktose-6-fosfat fra de tre reaksjonene blir via en fosfoheksose isomerase omdannet til glukose-6-fosfat.

I sum

6 glukose-6-fosfat + 12 NADP+ + 7 H2O → 5 glukose-6-fosfat + 6 CO2 + Pi + 12 NADPH + 12H+

Det kan være vanskelig å studere enzymene i oksidativ pentosefosfatvei hos planter siden flere av enzymene også deltar i reduktiv pentosefosfatvei (Calvinsyklus) i kloroplastene. I lys er oksidativ pentosefosfat i kloroplastene lite aktiv. Vanlig cellerespirasjonen skjer også samtidig med at fotosyntesen foregår. Høy metabolsk aktivitet i celler innebærer høy aktivitet i oksidativ pentosevei og cellerespirasjon med mange mitokondrier per celle.

Erythrose-4-fosfat brukes i planter i syntesen av aromatiske aminosyrer, lignin, flavonoider, fytoaleksiner og polyfenoler. Selv om pentosefosfatveien med irreversibel oksidasjon gir NADPH er det flere reversible enzymatiske trinn i omsetningsveien. Oksidativ pentosefosfatvei er en opprinnelig og evolusjonær gammel omsetningsvei, på samme måte som glykolyse.

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg