Pentoosifosfaattireitti

Pentoosifosfaattireitti on eräs glukoosin aineenvaihduntareiteistä eliöissä. Pentoosifosfaattireitillä eliöt tuottavat NADPH:ta ja viisi hiiliatomia sisältäviä sokerimolekyylejä eli pentooseja.
Tärkeimmät tuotteet
Pentoosifosfaattireitillä voidaan katsoa olevan kolme tärkeintä tuotetta.
NADPH:ta eliöt tarvitsevat pelkistimeksi moniin reaktioihin esimerkiksi rasvahapposynteesiin. Yhdiste on myös tärkeä oksidatiivisen stressin torjunnassa, sillä se pelkistää hapettuneen glutationimolekyylin, joka voi tämän jälkeen pelkistää reaktiivisia happiyhdisteitä, kuten peroksideja.
Riboosi-5-fosfaatti, jota eliöt käyttävät nukleiinihappojen ja nukleotidien synteesissä.
Erytroosi-4-fosfaatti, jota kasvit ja mikro-organismit tarvitsevat syntetisoidessaan aromaattisia aminohappoja.

Eläimillä pentoosifosfaattireitti tapahtuu solujen sytosolissa. Ihmisellä reitin entsyymit ovat erityisen aktiivisia maksan rasvasoluissa, maitorauhasissa, lisämunuaisessa ja punasoluissa. Kasveilla pentoosifosfaattireitti tapahtuu plastideissa.

Vaiheet
Oksidatiivinen vaihe
Pentoosifosfaattireitin ensimmäisessä vaiheessa kaksi NADP+-molekyyliä pelkistyy NADPH:ksi ja glukoosi-6-fosfaatti hapettuu hiilidioksidiksi ja ribuloosi-5-fosfaatiksi. Ensimmäinen vaihe sisältää neljä reaktiota ja kokonaisreaktio on:
Glukoosi-6-fosfaatti + 2 NADP+ + H2O → ribuloosi-5-fosfaatti + 2 NADPH + 2 H+ + CO2
Ensimmäisessä vaiheessa tapahtuvat reaktiot ja niitä katalysoivat entsyymit ovat
 Substraatit  Tuotteet  Entsyymi  Kuvaus 
   Glukoosi-6-fosfaatti + NADP+   → 6-fosfoglukono-δ-laktoni + NADPH  glukoosi-6-fosfaattidehydrogenaasi  Glukoosi-6-fosfaatin dehydraus, laktonin muodostuminen ja NADP+:n pelkistyminen NADPH:ksi
   6-fosfoglukono-δ-laktoni + H2O   → 6-fosfoglukonaatti + H+  6-fosfoglukonolaktonaasi  Laktonin hydrolyysi  
   6-fosfoglukonaatti + NADP+   → ribuloosi-5-fosfaatti + NADPH + CO2  6-fosfoglukonaattidehydrogenaasi   Oksidatiivinen dekarboksylaatio. NADP+ vastaanottaa elektroneja ja pelkistyy, jolloin syntyy toinen molekyyli NADPH:ta. Muina tuotteina muodostuu CO2 ja ribuloosi-5-fosfaattia


Toinen vaihe
Pentoosifosfaattireitin toinen vaihe muodostuu viidestä eri reaktiosta. Reaktiot ovat isomeroitumisia ja hiili-hiili-sidosten rikkomisia ja uudelleen muodostamisia. Tämän vaiheen tuloksena muodostuu sokerien fosfaattijohdannaisia, pääasiassa fruktoosi-6-fosfaattia ja glyseraldehydi-3-fosfaattia.
Toisen vaiheen summareaktio on
3 ribuloosi-5-fosfaatti → 2 fruktoosi-6-fosfaatti + glyseraldehydi-3-fosfaatti
 Substraatit  Tuotteet  Entsyymi  Kuvaus
   ribuloosi-5-fosfaatti   → riboosi-5-fosfaatti   Fosfopentoosi-isomeraasi  Isomerisaatio
   ribuloosi-5-fosfaatti   → ksyluloosi-5-fosfaatti   Fosfopentoosiepimeraasi  Epimerisaatio
   ksyluloosi-5-fosfaatti + riboosi-5-fosfaatti   → glyseraldehydi-3-fosfaatti + sedoheptuloosi-7-fosfaatti  transketolaasi  
   sedoheptuloosi-7-fosfaatti + glyseraldehydi-3-fosfaatti   → erytroosi-4-fosfaatti + fruktoosi-6-fosfaatti  transaldolaasi
   ksyluloosi-5-fosfaatti + erytroosi-4-fosfaatti   → glyseraldehydi-3-fosfaatti + fruktoosi-6-fosfaatti  transketolaasi

Pentoosifosfaattireitin säätely
Glukoosi-6-fosfaattidehydrogenaasin katalysoima vedyn poisto glukoosi-6-fosfaatista on irreversiibeli, joten se on tämän aineenvaihduntareitin tärkein säätelykohta. Glukoosi-6-fosfaattidehydrogenaasia inhiboi NADP+:n matala konsentraatio verrattuna NADPH:hon. Tämä johtuu siitä, että NADPH sitoutuu entsyymiin huomattavasti voimakkaammin kuin NADP+ ja toimii entsyymin inhibiittorina. 

Pentoosifosfaattireitin ensimmäinen ja toinen vaihe toimivat toisistaan riippumatta. Jos riboosi-5-fosfaattia tarvitaan huomattavasti enemmän kuin NADPH:ta, muutetaan suurin osa glukoosi-6-fosfaatista glykolyysillä fruktoosi-6-fosfaatiksi, josta pentoosifosfaattireitin entsyymit transaldolaasi ja transketolaasi muokkaavat riboosi-5-fosfaattia. Jos taas NADPH:ta tarvitaan enemmän, muuntuu oksidatiivisessa vaiheessa muodostunut riboosi-5-fosfaatti fruktoosi-6-fosfaatiksi täydellisesti ja fruktoosi-6-fosfaatista eliöt voivat tuottaa glukoosi-6-fosfaattia pentoosifosfaattireitin lähtöaineeksi.

Lähteet

 Aiheesta muualla 

Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Pentose phosphate pathway - Reference pathway  

Luokka:Metabolia