Pentózafosfátová dráha

Pentózafosfátová dráha, známa i ako pentózafosfátová cesta, fosfoglukonátová cesta, pentózafosfátový skrat, priama oxidácia glukózy či hexózamonofosfátový skrat, je metabolická dráha paralelná ku glykolýze. Niekedy sa označuje i ako pentózový cyklus, avšak nejedná sa o uzavretý sled reakcií, kde v poslednej reakcii vzniká prekurzor prvej reakcie. V pentózafosfátovej dráhe sa tvorí NADPH, pentózy (päťuhlíkové cukry) a ribóza-5-fosfát, ktorá je prekurzorom pre syntézu nukleotidov. Táto dráha síce začína oxidáciou glukózy, ale je to skôr anabolická dráha než katabolická. Táto dráha je obzvlášť dôležitá u červených krviniek. 

Pentózafosfátová dráha sa skladá z dvoch rozdielnych fáz, resp. častí. Prvou je oxidačná fáza (nevratná časť), v ktorej sa tvorí NADPH, a druhou je neoxidačná (vratná časť), kde dochádza k syntéze pentóz. U väčšiny organizmov prebieha pentózafosfátová dráha v cytozole, u rastlín prebieha väčšina reakcií v plastidoch. 

Podobne ako glykolýza, i pentózafosfátová dráha vyzerá byť evolučne veľmi stará. Reakcie tejto dráhy sú v moderných bunkách prevažne katalyzované enzýmami, ale takisto prebiehajú neenzymaticky v podmienkach, ktoré napodobňujú praveký oceán a sú katalyzované iónmi kovov, predovšetkým železnatými iónmi Fe2+. Na základe toho sa predpokladá, že táto dráha mohla vzniknúť už v prebiotickom svete.

Produkty dráhy 
Hlavnou úlohou dráhy je:
 Tvorba redukčných ekvivalentov v podobe NADPH, ktoré sa ďalej využívajú v reduktívnej biosyntéze v bunkách (napr. syntéza mastných kyselín).
 Tvorba ribóza-5-fosfátu, ktorý sa používa v syntéze nukleotidov a nukleových kyselín.
 Tvorba erytróza-4-fosfátu, ktorý sa používa v syntéze aromatických aminokyselín.

Aromatické aminokyseliny sú zase prekurzormi v mnohých biosyntetických dráhach, napríklad syntézy lignínu a dreva.

Pentózy prijaté v potrave z nukleových kyselín môžu byť metabolizované pentózafosfátovou dráhou. Uhlíkové kostry sacharidov sa môžu premeniť na glykolytické/glukoneogenické intermediáty (intermediáty vystupujúce v glykolýze a glukoneogenéze).

U cicavcov prebieha pentózafosfátová dráha výhradne v cytoplazme. U ľudí prebieha hlavne v pečeni, mliečnych žľazách a kôre nadobličiek. Táto dráha je jedným z troch hlavných spôsobov tvorby redukčných ekvivalentov a u ľudí sa ňou tvorí asi 60 % celkového NADPH.

Jedno z použití NADPH je zabránenie oxidačnému stresu buniek. NADPH redukuje glutatión pomocou glutatiónreduktázy, ktorá premieňa reaktívny peroxid vodíka, H2O2, na vodu pomocou glutatiónperoxidázy. Ak by glutatiónperoxidáza nebola prítomná, peroxid vodíka by sa zmenil na voľný hydroxylový radikál, ktorý môže poškodiť bunku. Erytrocyty tvoria veľké množstvo NADPH pomocou pentózafosfátovej dráhy na použitie v redukcii glutatiónu.

Peroxid vodíka sa takisto tvorí fagocytmi v procese zvanom respiračné vzplanutie.

Fázy dráhy

Oxidačná fáza 
V oxidačnej fáze (nevratná časť) sa redukujú dve molekuly NADP+ na NADPH, na čo sa využíva energia z konverzie glukóza-6-fosfátu na ribulóza-5-fosfát. Pentózafosfátová dráha sa takisto nazýva priama oxidácia glukózy práve kvôli týmto reakciám, pretože na rozdiel od glykolýzy dochádza ihneď k oxidácii glukózy, zatiaľ čo v glykolýze dochádza k oxidácii až v druhej časti dráhy a oxidujú sa trojuhlíkové medziprodukty.

Tento sled reakcií sa dá sumarizovať nasledovne:

Celková reakcie je teda:

 glukóza-6-fosfát + 2 NADP+ + H2O → ribulóza-5-fosfát + 2 NADPH + 2 H+ + CO2

Neoxidačná fáza 
V druhej fáze dochádza k premene troch molekúl pentózy na dve molekuly hexózy a jednu molekulu triózy, ktoré ďalej vstupujú do glykolýzy či iných dráh.

Tento sled reakcií sa dá sumarizovať nasledovne:

Celková reakcie je teda:

 3 ribulóza-5-fosfát → ribóza-5-fosfát + 2 xylulóza-5-fosfát → 2 fruktóza-6-fosfát + glyceraldehyd-3-fosfát

Regulácia 
Glukóza-6-fosfátdehydrogenáza (G6PD) je enzým, ktorý určuje rýchlosť tejto reakcie. Je alostericky stimulovaná NADP+ a silne inhibovaná NADPH. Pomer NADPH/NADP+ je bežne v cytozole v pečeni okolo 100. Cytozol je teda silne redukčné prostredie. Dráhy, v ktorých z NADPH vzniká NADP+, stimulujú G6PD, ktorá následne tvorí NADPH. Tento krok je takisto inhibovaný acetyl-CoA.

Aktivita G6PD je takisto posttranslačne regulovaná cytoplazmatickou deacetylázou SIRT2. Deacetylácia sprostredkovaná SIRT2 a aktivácia G6PD stimuluje oxidačnú fázu pentózafosfátovej dráhy, čím vzniká cytozolový NADPH, ktorý pôsobí proti oxidačnému poškodeniu alebo podporuje de novo lipogenézu.

Červené krvinky 
U ľudí stredomorského a afrického pôvodu bolo pozorované spojenie niekoľkých porúch aktivity glukóza-6-fosfátdehydrogenázy a odolnosti proti parazitovi Plasmodium falciparum, ktorý spôsobuje maláriu. Základ tejto odolnosti pravdepodobne spočíva v oslabení membrány červených krviniek (parazit prežíva v červených krvinkách), ktoré kvôli tomu nie sú schopné udržať parazita pri živote dostatočne dlho na to, aby sa rozmnožil.

Referencie

Zdroj 

Metabolické dráhy