Pentosephosphat hosphatweg Wie aus dem Namen abzuleiten ist, werden C5-Zucker, einschließlich Ribose, aus Glucose synthetisiert. Das oxidierende Agens ist hierbei NADP + ; es wird zu NADP reduziert, das für Biosynthesen zur Verfügung steht. Gliederung des Pentosephosphatweges: Am Anfang stehen 2 Oxidationsschritte (NADP + ), die Ribulose-5-phosphat ergeben (Oxidativer Teil). Danach folgt eine Serie von C-Körper- Übertragungen, durch die C3, C4, C5, C6 und C7 Monosaccharidphosphate erzeugt werden (Nichtoxidativer Teil).
Übersicht Pentosephosphatweg Oxidativer Teil Nicht-oxidativer Teil
O Pentosephosphatweg Oxidativer Teil CO 2 - CO O NADP + NADP O NADP + NADP O O Glucose-6-Phosphat O 6-Phosphogluconat O Dehydrogenase O Dehydrogenase C 2 OP O 3 C 2 OP O 3 Glucose-6-6-Phosphogluconat phosphat CO 2 - O C O O O C 2 OP O 3 Vom C1 Atom der Glucose! C 2 O C O O + O C 2 OP O 3 Ribulose-5-phosphat CO 2
Glucose-6-Phosphat- Dehydrogenase (G-6P-D) Katalysiert den ersten Schritt des Pentosephosphatwegs. Aktivität bestimmt die Geschwindigkeit des Pentosphosphatwegs. Benötigt NADP + als Cofaktor zur Generierung von NADP. Wird durch die NADP/ NADP + Ratio reguliert: NADP NADP + G-6P-D X = och NADP NADP + = Niedrig G-6P-D
C-Körper-Übertragungen - 1 Transketolasen: CEinheiten C 2 O C O O O C 2 OP O 3 Ribulose-5- phosphat Isomerase C5 Epimerase C5 O CO O O O C 2 OP O 3 Ribose-5-phosphat C 2 O C O O C 2 OP O 3 Xylulose-5-phosphat O C 2 O C O O O O C 2 OP O 3 Sedoheptulose- 7-phosphat Transketolase CO O C 2 OP O 3 Glyceraldehyd- 3-phosphat C7 C3
C7 O C 2 OP O 3 Sedoheptulose-7-phosphat C3 C 2 O C O O O O CO O C 2 OP O 3 Glyceraldehyde-3-phosphat C-Körper-Übertragungen - 2 Transaldolasen: C3-Einheiten CO O O C4 C 2 OP O 3 Erythrose-4-phosphat Transaldolase C6 O C 2 O C O O O C 2 OP O 3 Fructose-6-phosphat
C5 O C 2 O C O Transketolasen: CEinheiten O C 2 OP O 3 Xylulose-5- phosphat C-Körper-Übertragungen - 3 CO O C 2 OP O 3 Glyceraldehyd- 3-phosphat C3 C4 CO O O C 2 OP O 3 Erythrose- 4-phosphat Transketolase O C 2 O C O O O C 2 OP O 3 Fructose-6- phosphat C6
Wichtige Fakten zur Transketolaseund Transaldolasereaktion Die Transketolase überträgt C2 Bausteine. Die Transaldolase überträgt C3 Bausteine. Das Donormolekül zur Übertragung ist immer eine Ketose, das Akzeptormolekül eine Aldose (nicht durch Namen verwirren lassen!). Die Transketolase benötigt Thiaminpyrophosphat (aus Vitamin B1) als Cofaktor. Für die Übertragung wird kein ATP verbraucht.
Transaldolase und -ketolase
Transketolase: C2 Übertragung Transaldolase: C3 Übertragung Pentose C5 C5 Pentose Transketolase Triose C3 C7 eptose exose C6 Transaldolase C4 Tetrose C6 C5 C4 Transketolase Rückgewinnung von Glucose-6-P über Fructose-6-P Triose C3 C6 exose
Pentosephosphatweg C-Körper-Übertragungen 1. 2 C5 C3 + C7 (Transketolase) 2. C7 + C3 C4 + C6 (Transaldolase) 3. C5 + C4 C3 + C6 (Transketolase) Gesamtgleichung : 6 Ribose-5-phosphat 5 Glucose-6-phosphat + P i
Pentosephosphatweg Die C-Körper-Übertragungen werden katalysiert durch ---Transketolase: Transfer von CEinheiten --- Transaldolase: Transfer von C3-Einheiten Die Transketolase erfordert Thiaminpyrophosphat. Kontrolle des Pentosephosphatwegs Glucose-6-phosphat (G6P) kann entweder in die Glykolyse oder den Pentosephosphatweg eingeschleust werden Wenn ATP benötigt wird, erfolgt die Einschleusung von G6P in die Glykolyse Wenn NADP oder Ribose-5-phosphat für Synthesen (z.b. Fettsäuren oder Nukleinsäuren) benötigt wird, erfolgt die Einschleusung von G6P in den Pentosephosphatweg.
Der Pentosephosphatweg wird sehr flexibel reguliert Wenn NADP für Synthesen benötigt wird (Fettsäuresyntese): Glucose-6-phosphat + 2 NADP + + 2 O Ribose-5-phosphat + 2 NADP + 2 + + CO 2 Recovery von Glucose-6-phosphat: 6 Ribose-5-phosphat + ATP 5 Glucose-6-phosphat + P i
Der Pentosephosphatweg wird sehr flexibel reguliert Wenn Ribose-5-phosphat für Synthesen benötigt wird (Nukleotidsyntese): 5 Glucose-6-phosphat + ATP 6 Ribose-5-phosphat + ADP + +
Die Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase ist das Schrittmacherenzym des Pentosephosphatwegs Die Funktionen des Pentosephosphatweges sind Erzeugung von NADP für reduktive Prozesse und Bereitstellung von Ribosephosphat für die Nukleotidsynthese (RNA, DNA, ATP wichtig für proliferierende Gewebe). Die Aktivitäten der G6PD ist für die Bereitstellung von NADP in den folgenden Geweben besonders hoch: 1. in der Nebennierenrinde zur Steroidhormonsynthese, 2. in der Leber zur Fettsäure- und Cholesterinsynthese, zur Biotransformation, zur Reduktion des oxidierten Glutathions. 3. in Erythrozyten zur Inaktivierung von Sauerstoffradikalen über das Glutathionsystem (Reduktion des oxidierten Glutathions). 4. im Fettgewebe zur Fettsäuresynthese. Merke: Gewebe mit niedriger G6PD Aktivität sind die Skelettmuskulatur und das erz.
Glutathion schützt freie S- Gruppen von Proteinen vor der Oxidation GSSG + NADP + + 2 GS + NADP + Glutathion-Reduktase Oxidiertes Glutathion (GSSG) wird unter Verbrauch von NADP zu 2 GS regeneriert
Defekte des Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase (G6PD) Gens lösen Anämien aus. Das Enzym ist für das Überleben der Erythrozyten essentiell. Das G6PD Gen kommt in mehreren allelen Varianten vor, von denen einige nur eine sehr geringe Enzymaktivität aufweisen. Glucose-6-phosphat 6-Phosphogluconat NADP + G6PD GSSG-R NADP, + Präzipitiertes ämoglobin einz-körper Anämie b -S-SG 2 GS GS-P GSS b -S 2 O 2 Chemikalien, Medikamente, Nahrungsmittel 2 2 O GSSG-R = Glutathion-Reductase GS-P = Glutathion-Peroxidase GS = reduziertes Glutathion GSSG = oxidiertes Glutathion
Klinische Relevanz Glucose-6-P-Dehydrogenase Mangel G-6P-D X NADP 2 O 2 erhöht Oxidativer Stress ämolyse Erythrozyt X Glutathion- Reduktase Die Störung der Glutathionregeneration im Erythrozyten führt zu einem verstärkten oxidativen Stress. Freie Sauerstoffradikale schädigen den Erythrozyten mit der Folge einer Blutarmut (hämolytische Anämie). Auslöser für solche hämolytischen Attacken sind Medikamente (Antibiotika, Malariamittel), Nahrungsbestandteile (Fava-Bohnen) und Infektionen (Induktion der NADP Oxidase in den Leukozyten!).