Pentosephosphatzyklus. Synonym: Hexosemonophosphatweg

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1 Pentosephosphatzyklus Synonym: Hexosemonophosphatweg

2 Gliederung Funktion & Lokalisation Grundgerüst des Ablaufs Anpassung an Stoffwechselsituation Regelung Beispielreaktion

3 Funktion & Lokalisation Gewinnung von Pentosen (Nucleotidsynthese) Synthese von NADPH \H + für Biosynthesen (Fettsäure; Steroidhormone) Cytosolischer Prozess, der z.b. in Fettgeweben, Nebennierenrinde stattfindet

4 Ablauf 1.Schritt Erzeugung von Ribose 5 - Phosphat Glucose-6-Phosphat Dehydrogenase Gluconolacton- Hydrolase NADP + NADPH/H + Glucose-6-Phosphat 6-Phosphogluconolacton 6-Phosphogluconat Dehydrierung am C1 erzeugt einen Carbonsäureesters Spaltung des Esters

5 Ablauf 1.Schritt Erzeugung von Ribose 5 - Phosphat 6-Phophogluconat- Dehydrogenase NADP + NADPH/H + CO 2 6 Phosphogluconat 3-Keto-6-phospho- Gluconat Ribulose-5-phosphat Bildung einer 1,3-Dicarbonylverbind. Decarboxylierung

6 Ablauf 1.Schritt Erzeugung von Ribose 5-Phosphat Pentose -5-Phopsphat-Isomerase Ribulose-5-phosphat Endiolzwischenprodukt Ribose-5-Phosphat Keto-Enol-Tautomerie

7 Ablauf 1.Schritt Erzeugung von Ribose 5 - Phosphat Mit Ribose-5-Phosphat steht der Zelle nun eine Pentose zur Verfügung. Bilanz bis hierhin: Gewinn von 1 Pentose und 2NADPH/H + aus einem Molekül Glucose-6-Phosphat (ausgewogenes Verhältnis) Nach Bedürfnis des Stoffwechsel: Erweiterung des Zyklus

8 Übersicht Glykolyse Pentosephosphatzyklus Glucose-6-Phosphat 2NADP + 2 NADPH/H + Ablauf 1.Schritt Ribulose-5-Phosphat Fructose-6-Phosphat Ablauf 2. Schritt Ribose-5-Phosphat Fructose-1,6-bisPhosp. Ablauf 2. Schritt Nucleotidsynthese Glycerinaldehyd-3-P

9 Ablauf 2.Schritt Verbindung zwischen Pentosephosphatzykus und Glykolyse Körper benutzt hierzu die Transketolase und Transaldolase C2-Einheit Wird von einem Molekül auf ein anderes durch Transketolase übertragen C3-Einheit Wird von einem Molekül auf ein anderes durch Transaldolase übertragen

10 Ablauf 2.Schritt Verbindung zwischen Pentosephosphatzykus und Glykolyse Körper benutzt hierzu die Transketolase und Transaldolase Transketolase Transaldolase Der Donor dieser Einheiten ist immer eine Ketose, der Akzeptor immer eine Aldose.

11 Ablauf 2.Schritt Verbindung zwischen Pentosephosphatzykus und Glykolyse mittels Transketolase und Transaldolase

12 Anpassung an versch. Stoffwechselsituationen Prinzipiell drei verschiedene Stoffwechselsituationen denkbar: 1) Ausgewogener Bedarf an NADPH und Ribose-5- phosphat Reaktionen wie besprochen 2) Weit mehr NADPH als Ribose-5-Phosphat wird benötigt A) vollständige Oxidation von Glucose-6-Phosphat zu CO2 B) Glucose-6-Phosphat wird zu Pyruvat transformiert 3) Große Nachfrage nach Ribose-5-Phosphat

13 Stoffwechselsituation: Bedarf an NADPH (2A) Glykolyse Pentosephosphatzyklus 2NADP + 2NADPH/H + Glucose-6-Phosphat Ablauf 1.Schritt Ribulose-5-Phosphat Gluconeogenese Fructose-6-Phosphat Fructose-1,6-bisPhosp. Ablauf 2. Schritt Ablauf 2. Schritt Ribose-5-Phosphat Glycerinaldehyd-3-P

14 Stoffwechselsituation: Bedarf an NADPH (2A) Glucose-6-Phosphat wird zu Ribulose- und anschliessend zu Ribose-5-Phosphat umgesetzt. ( Ablauf 1) Transaldolase und Transketolase bilden Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3- Phosphat ( Ablauf 2) Gluconeogenese regeneriert diese zu Glucose-6 P Kreislauf Bilanz: Glucose-6-Phosphat + 12NADP + +7H 2 O 6CO NADPH /H H + + P

15 Stoffwechselsituation: Bedarf an NADPH (2B) Glykolyse Pentosephosphatzyklus Glucose-6-Phosphat 2NADP + 2NADPH/H + Ablauf 1.Schritt Ribulose-5-Phosphat Fructose-6-Phosphat Ablauf 2. Schritt Ribose-5-Phosphat Fructose-1,6-bisPhosp. Ablauf 2. Schritt Glycerinaldehyd-3-P

16 Stoffwechselsituation: Bedarf an NADPH (2B) Glucose-6-Phosphat wird zu Ribulose- und anschliessend zu Ribose-5-Phosphat umgesetzt. ( Ablauf 1) Transaldolase und Transketolase bilden Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3- Phosphat ( Ablauf 2) In der Glykolyse werden diese zu Pyruvat überführt Bilanz: 3 Glucose-6-P + 6NADP + +5NAD P + 8ADP 5 Pyruvat + 3CO NADPH +5 NADH +8ATP + 2H H +

17 Stoffwechselsituation: Bedarf an Ribose-5-P (3) Glykolyse Glucose-6-Phosphat Fructose-6-Phosphat Fructose-1,6-bisPhosp. Während der Glykolyse entsteht Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-Phosphat. Rückreaktionen der in Ablauf 2 besprochenen Umsetzungen von Transketolase und Transaldolase führt unter ATP Verbrauch zu Ribose-5-Phosphat: Bilanz: 3 Glucose-6-Phosphat + ATP Glycerinaldehyd-3-P 6 Ribose-5-P + ADP + H +

18 Stoffwechselsituation: Bedarf an Ribose-5-P (3) Glykolyse Pentosephosphatzyklus Glucose-6-Phosphat Fructose-6-Phosphat Ablauf 2. Schritt Ribose-5-Phosphat Fructose-1,6-bisPhosp. Ablauf 2. Schritt Glycerinaldehyd-3-P

19 Regulation Erzeugung von Ribose 5 - Phosphat Glucose-6-Phosphat Dehydrogenase Gluconolacton- Hydrolase NADP + NADPH/H + Glucose-6-Phosphat 6-Phosphogluconolacton 6-Phosphogluconat = Regulation erfolgt an diesen Stellen

20 Regulation Regulation wird am einleitenden Schritt, der Oxidation von Glucose-6-P zu 6-Phosphogluconolacton vorgenommen. NADP + ist das Coenzym für Glucose-6-P- Dehydrogenase, welche diese Umsetzung vornimmt: [ NADP + ] Aktivität

21 Anwendungsbeispiel: Reduktion von Glutathiondisulfid Zur Entgiftung von Peroxiden und Hydroperoxiden besitzt der Erythrozyt in seiner Membran ein Tripeptid, dass Glutathion. Glutathion enthält eine Thiol Funktion und ist Substrat der Glutathion-peroxidase, welche diese unter Verwertung der Peroxide zum Disulfid oxidiert: GSH Peroxidase 2 GSH + ROOH GSSG +ROH +H20

22 Anwendungsbeispiel: Regeneration von Glutathion Unter NADPH/ H + Verbrauch wird das Glutathiondisulfid zu Glutathion reduziert: GSSG + NADPH/H + GSH-Reduktase 2 GSH + NADP + Verbrauch von NADPH/H + wiederum regt dessen Neubildung an