Put pentoza-fosfat Flashcards
Što je put pentoza fosfata, gdje se odvija, za što služi, od čega se sastoji?
Put pentoza-fosfata odvija se u citosolu gdje se nizom reakcija glukoza-6-fosfat oksidira i dekarboksilira u riboza-5-fosfat uz NADP+ kao akceptor elektrona u tzv. oksidativnom ogranku puta pentoza-fosfata. Ovaj metabolički put služi za dobivanje riboze-5-fosfata i reduktivne snage za biosintetske reakcije u formi NADPH. Osim oksidativnog ogranka put pentoza-fosfata sadrži i neoksidativni ogranak u kojem se iz tri pentoze sintetiziraju jedna trioza i dvije heksoze.
Za što služi oksidativni a za što neoksidativni ogranak?
Oksidativni ogranak služi za dobivanje riboze-5-fosfata i reduktivne snage za biosintetske reakcije u formi NADPH. Neoksidativni ogranak povezuje oksidativni ogranak puta pentoza-fosfata sa drugim
metaboličkim putevima u stanici – prvenstveno sa glikolizom i glukoneogenezom. Neoksidativni ogranak ujedno omogućuje uključivanje šećera sa četiri, pet ili sedam C atoma u proces glikolize ili glukoneogeneze.
Nabroji i opiši i nacrtaj reakcije oksidativnog ogranka puta pentoze fosfata.
U oksidativnom ogranku puta pentoza fosfata se glukoza-6-fosfat prvo oksidira u 6-fosfoglukonolakton (intramolekulski ester C1-karboksilne i C5-hidroksilne grupe glukoza-6-fosfata), pri čemu se NADP+ reducira u NADPH. Reakciju katalizira enzim glukoza-6-fosfat dehidrogenaza. Ciklička molekula 6-fosfoglukonolaktona se zatim hidrolitički cijepa, čime nastaje 6-fosfoglukonat (enzim laktonaza) koji se zatim oksidira i dekarboksilira u ribuloza-5-fosfat. Oksidans je i u ovoj reakciji NADP+, a reakciju katalizira enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenaza. Ribuloza-5-fosfat se zatim izomerizira u ribozu-5-fosfat uz pomoć enzima fosfopentoza izomeraze.
Za što služe NADPH i riboza-5-fosfat?
NADPH služi kao reduktivna snaga u biosintetskim reakcijama, dok je riboza-5-fosfat važan prekursor za sintezu nukleinskih kiselina (DNA i RNA) i nukleotidnih koenzima.
Što se dešava ako stanice ne trebaju ribozu-5-fosfat?
Ukoliko stanice ne trebaju ribozu-5-fosfat ona se može neoksidativnim ogrankom prevesti u trioze i heksoze koje se dalje mogu uključiti u glikolizu ili glukoneogenezu.
Objasni i nacrtaj reakcije neoksidativnog ogranka puta pentoze fosfata.
Reakcije neoksidativnog ogranka teku tako da se dvije molekule ribuloza-5- fosfata epimeriziraju u ksilulozu-5-fosfat (reakciju katalizira fosfopentoza epimeraza), a jedna molekula ribuloza-5-fosfata izomerizira u ribozu-5-fosfat (reakciju katalizira fosfopentoza izomeraza). Nakon toga u reakciju ulaze jedna molekula ksiluloza-5-fosfata i jedna molekula riboza-5-fosfata, uz enzim transketolazu, pri čemu se grupa od 2 C atoma prenosi sa ksiluloza-5-fosfata na riboza5-fosfat. Produkti reakcije su gliceraldehid-3-fosfat i sedoheptuloza-7-fosfat. Ovi produkti reagiraju međusobno, u reakciji koju katalizira enzim transaldolaza. Transaldolaza prenosi jedinicu od 3 C atoma se sedoheptuloze-7-fosfata na gliceraldehid-3-fosfat. Produkti ove reakcije su eritroza-4-fosfat i fruktoza-6-fosfat. Eritroza-4-fosfat zatim reagira sa još jednom molekulom ksiluloza-5-fosfata uz enzim transketolazu, koji prebacuje C2 jedinicu sa ksiluloze-5-fosfata na eritroza-4-fosfat. Ova reakcija rezultira sintezom jedne fruktoze-6-fosfata i jednog gliceraldehid3-fosfata. Ukupno se iz tri fosfopentoze ovim reakcijama dobije dvije fosfoheksoze (fruktoza-6-fosfat) i jedna fosfotrioza (gliceraldehid-3-fosfat).
Što su transaldolaze i transketolaze?
Reakcije neoksidativnog dijela ciklusa kataliziraju enzimi transaldolaza i transketolaza. Transketolaze imaju prostetsku grupu TPP i prenose jedinicu od 2 C atoma sa ketoze na aldozu. Transaldolaze prenose jedinicu od 3 C atoma sa ketoze na aldozu.
Pošto se put pentoza fosfata može odvijati na razne načine, koje različite uvjete razlikujemo?
- uvjeti kada stanici treba puno više riboza-5-fosfata nego NADPH
- uvjeti kada je stanici potrebno puno više NADPH nego riboza-5-fosfata
- slučaj kada stanica treba podjednako NADPH i riboza-5-fosfata
- slučaj kada stanica treba puno više NADPH nego riboza-5-fosfata, ali istovremeno treba i energiju
Objasni put pentoze fosfata u uvjetima kada stanici treba puno više riboza-5-fosfata nego NADPH. Napiši sumarnu jednadžbu.
U uvjetima kada stanici treba puno više riboza-5-fosfata nego NADPH, glukoza-6-fosfat se neće uključiti u oksidativni ogranak puta pentoza-fosfata nego će se prvo reakcijama glikolize prevesti u fruktoza-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat. Fruktoza-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat se zatim uključuju u obrat neoksidativnog dijela puta pentoza-fosfata kako bi se sintetizirala riboza-5-fosfat bez nastajanja NADPH. Da bi reakcije obrata neoksidativnog dijela puta pentoza-fosfata mogle teći potrebno je imati na raspolaganju dvije molekule fruktoze6-fosfata i jedan gliceraldehid-3-fosfat. Dvije molekule glukoza-6-fosfata se u glikolizi izomeriziraju u dvije molekule frukoza-6-fosfata. Međutim, da bi nastao i gliceraldehid-3-fosfat potrebno je u glikolizu uključiti još jednu molekulu glukoza-6-fosfata, izomerizirati ju u fruktoza6-fosfat i fosforilirati u fruktoza-1,6-bisfosfat uz utrošak jednog ATP-a. Nakon toga se fruktoza1,6-bisfosfat cijepa na gliceraldehid-3-fosfat i dihidroksiacetonfosfat. Da bi broj molekula stehiometrijski odgovarao provođenju reakcija obrata neoksidativnog ogranka pentozafosfatnog puta, potrebno je izomerizirati još dvije molekule glukoza-6-fosfata u frutoza-6-fosfat. Na taj način se iz ukupno pet molekula glukoza-6-fosfata dobiju četiri molekule fruktoza-6-fosfata i dvije molekule gliceraldehid-3-fosfata. Neoksidativnim ogrankom se iz tih molekula sintetizira 6 riboza-5-fosfata bez nastajanja NADPH.
Objasni put pentoze fosfata u uvjetima kada stanici treba puno više NADPH nego riboza-5-fosfata. Napiši sumarnu jednadžbu.
U uvjetima kada je stanici potrebno puno više NADPH nego riboza-5-fosfata teći će reakcije oksidativnog ogranka puta pentoza-fosfata kojima će nastati NADPH i fosfopentoze. Fosfopentoze koje nastanu ovim reakcijama se zatim uključuju u reakcije neoksidativnog ogranka. Produkti neoksidativnog ogranka se zatim uključuju u glukoneogenezu kako bi se iz njih regenerirala glukoza-6-fosfat i vratila u oksidativni dio puta pentoza-fosfata. Za odvijanje ovog niza reakcija u ciklus mora ući šest molekula gukoze-6-fosfata iz kojih će se u oksidativnom ogranku dobiti 12 NADPH, 6 CO2 i 6 pentoza-fosfata. Uključivanjem nastalih šest pentoza fosfata u neoksidativni ogranak dobit će se četiri molekule fruktoze-6-fosfata i dva gliceraldehid-3-fosfata. Glukoneogenezom će se iz ovih molekula regenerirati pet glukoza-6-
fosfata koji se mogu ponovno uključiti u oksidativni ogranak puta pentoza-fosfata.
Objasni put pentoze fosfata u uvjetima kada stanica treba podjednako NADPH i riboza-5-fosfata. Napiši sumarnu jednadžbu.
U slučaju kada stanica treba podjednako NADPH i riboza-5-fosfata odvijat će se samo oksidativni ogranak puta pentoza-fosfata.
Objasni put pentoze fosfata u uvjetima kada stanici treba puno više NADPH nego riboza-5-fosfata, ali istovremeno treba i energiju. Napiši sumarnu jednadžbu.
Ukoliko stanica treba puno više NADPH nego riboza-5-fosfata, ali istovremeno treba i energiju, produkti neoksidativnog ogranka puta pentoza-fosfata će se uključiti u glikolizu kako bi se iz njih iscrpila što veća količina energije. U pentoza-fosfatni ciklus moraju ući tri molekule glukoza-6-fosfata da bi se neoksidativni ogranak stehiometrijski mogao odvijati. Krajnji produkti neoksidativnog ogranka se uključuju u glikolizu (dvije molekule fruktoza-6-fosfata i jedna molekula gliceraldehid-3-fosfata). Fosforilacijom dviju molekula fruktoza-6-fosfata se dobiju dva fruktoza-1,6-bisfosfata uz utrošak dva ATP-a. Dva fruktoza-1,6-bisfosfata se zatim cijepaju na dva gliceraldehid-3-fosfata i dva dihidroksiacetonfosfata, koji se izomeriziraju u gliceraldehid-3-fosfate, pa je ukupno dobiveno četiri gliceraldehid-3-fosfata. Na ovaj način je dobiveno ukupno 5 molekula gliceraldehid-3-fosfata koje se zatim nastavljaju razgrađivati reakcijama glikolize do 5 piruvata, pri čemu nastaje 10 ATP-a (5 u reakciji kataliziranoj fosfoglicerat kinazom i 5 u reakciji koju katalizira piruvat kinaza) te 5 NADH (u reakciji koju katalizira gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza). Budući da su u prethodnim reakcijama potrošena dva ATP-a za fosforilaciju dviju fruktoza-6-fosfata, ukupno se na ovaj način dobije 8 ATP-a. U oksidativnom ogranku pentozafosfatnog ciklusa se dobije 6 NADPH i 3 CO2 oksidacijom i dekarboksilaciju triju glukoza-6-fosfata.
