Ribóza-5-fosfát

**Ribóza-5-fosfát** (**R5P**) je fosforylovaný derivát ribózy. Je zároveň produktom a intermediátom pentózafosfátového cyklu. Posledným krokom oxidatívnych reakcií v pentózafosfátovom cykle je tvorba ribulóza-5-fosfátu. Podľa stavu organizmu sa ribulóza-5-fosfát reverzibilne izomerizuje na ribóza-5-fosfát. Ribulóza-5-fosfát môže inak podstúpiť niekoľko izomerizačných, transaldolačných a transketolačných reakcií, po ktorých vznikajú iné pentózafosfáty, ako aj fruktóza-6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát (intermediáty v glykolýze).

Ribóza-5-fosfát sa premieňa pôsobením enzýmu ribózafosfátdifosfokinázy na fosforibozylpyrofosfát (PRPP).

## Štruktúra
R5P pozostáva z päťuhlíkového sacharidu, ribózy, a fosfátovej skupiny, ktorá je viazaná na uhlík C5. Existuje buď ako lineárna forma, alebo ako cyklická forma (konkrétne ako furanóza). Furanózová forma je bežne označovaná i ako kyselina ribóza-5-fosforečná.
náhľad|483x483bod|Premena ribóza-5-fosfátu z lineárnej formy na furanózu.

## Biosyntéza
Tvorba R5P je závislá na raste bunky a na potrebe NADPH, R5P a ATP. Tvorba každej z týchto látok je riadená tokom glukóza-6-fosfátu (G6P) v dvoch rôznych metabolických dráhach: pentózafosfátovej dráhe a glykolýze. Vzťah medzi týmito dráhami sa dá skúmať pri rôznych metabolických situáciách.

### Pentózafosfátová dráha

náhľad|Kryštálová štruktúra komplexu ribóza-5-fosfátizomerázy a ribóza-5-fosfátu z ''E. coli''.
R5P vzniká v pentózafosfátovej dráhe u všetkých organizmov. Pentózafosfátová dráha je metabolická dráha, ktorá beží zároveň s glykolýzou. Je to hlavný zdroj NADPH, ktorý sa využíva pre reduktívnu biosyntézu (napríklad syntézu mastných kyselín) a pentózových cukrov. Táto dráha sa skladá z dvoch častí, a to oxidačnej fáze, pri ktorej sa tvorí NADPH, a neoxidačnej fáze, pri ktorej sa premieňajú cukry. V oxidačnej fáze sa redukujú dve molekuly NADP+ na NADPH pomocou premeny G6P na ribulóza-6-fosfát (Ru6P). V neoxidačnej fáze sa potom Ru5P premieňa na R5P pomocou enzýmu ribóza-5-fosfátizomerázy.
stred|náhľad|368x368bod|Izomerizácia Ru5P a R5P.
Ak je dopyt pre NADPH a R5P vyrovnaný, G6P tvorí jednu molekulu Ru5P pomocou pentózafosfátovej dráhy, čím vznikajú dve molekuly NADPH a jedna molekula R5P.

### Glykolýza
Ak sa vyžaduje viac R5P než NADPH, R5P sa môže tvoriť i z intermediátov glykolýzy. G6P sa v glykolýze premieňa na fruktóza-6-fosfát (F6P) a glyceraldehyd-3-fosfát (G3P). Transketoláza a transaldoláza premieňajú dve molekuly F6P a jednu molekulu G3P na tri molekuly R5P. Pri rýchlom raste buniek je nutné veľké množstvo R5P a NADPH pre syntézu nukleotidov a mastných kyselín. Glykolytické intermediáty sa teda dajú využiť v neoxidatívnej fáze pentózafosfátového cyklu pomocou expresie génu pre izoenzým pyruvátkinázy, PKM. PKM spôsobí veľké spomalenie v glykolýze, takže sa intermediáty môžu namiesto toho využiť v pentózafosfátovom cykle na syntézu NADPH a R5P. Tento proces je takisto podporený inhibíciou triózafosfátizomerázy, ktorá je inhibovaná fosfoenolpyruvátom, ktorý je substrátom PKM.

## Funkcia
R5P a jej deriváty slúžia ako prekurzory mnohých biomolekúl vrátane DNA, RNA, ATP, koenzýmu A, FAD a histidínu. R5P takisto vystupuje v syntéze tryptofánu.

### Biosyntéza nukleotidov

Nukleotidy sú základné stavebné kamene nukleových kyselín, DNA a RNA. Skladajú sa z dusíkatej báze, pentózy a aspoň jednej fosfátovej skupiny. Nukleotidy obsahujú buď purínovú alebo pyrimidínovú bázu. Všetky intermediáty v biosyntéze purínov sú naviazané na R5P. R5P je takisto dôležitý prekurzor pri syntéze pyrimidínových ribonukleotidov.
náhľad|414x414bod|Aktivácia ribózy-5-fosfátu (R5P) na fosforibozylpyrofosfát (PRPP) pôsobením ribózafosfátdifosfokinázy.
Pri biosyntéze nukleotidov pôsobí na R5P ribózafosfátdifosfokináza (PRPS1), vďaka čomu vzniká fosforibozylpyrofosfát (PRPP). Tvorba PRPP je esenciálna pre *de novo* syntézu purínov i pre recyklačné dráhy purínov. Syntéza *de novo* začína aktiváciou R5P premenou na PRPP, ktorý sa potom premieňa na fosforibozylamín (PRA). Počas obnovovacích dráh purínov viažu fosforibozyltransferázy PRPP na bázy.

PRPP hrá dôležitú úlohy i pri syntéze pyrimidínových ribonukleotidov. V piatom kroku tejto syntéze sa PRPP  kovalentne viaže na orotát na C1 uhlík ribózy. Reakcia je katalyzovaná enzýmom orotátfosforibozyltransferázou (PRPP transferázou) a jej produktom je orotidínmonofosfát (OMP).

### Biosyntéza histidínu a tryptofánu
Histidín je esenciálna aminokyselina, ktorá sa u ľudí nesyntetizuje *de novo*. Podobne ako u nukleotidov začína biosyntéza histidínu premenou R5P na PRPP. Rýchlosť určujúcim krokom biosyntézy histidínu je kondenzácia ATP a PRPP, ktorú katalyzuje ATP-fosforibozyltransferáza. V procese dochádza k štiepeniu kruhu v adeníne. Uhlíkové atómy z ribóza v PRPP tvoria lineárny reťazec a čast imidazolového kruhu histidínu. Biosyntéza histidínu je opatrne regulovaná spätnou inhibíciou.

Podobne je to pri syntéze tryptofánu, kde prvým krokom je N-alkylácia kyseliny antranilovej, ktorú katalyzuje antranilátfosforibozyltransferáza.

### Iné funkcie
R5P sa dá premeniť na adenozíndofosfátribózu, ktorá sa viaže na TRPM2 iónový kanál, čím ho aktivuje. Túto reakciu katalyzuje ribóza-5-fosfátadenylyltransferáza.

## Klinický význam
Niekoľko chorôb súvisí s nerovnováhou R5P v bunkích. Rakoviny a nádory vykazujú zvýšenú produkciu R5P korelovanú so zvýšenou syntézou RNA a DNA. Ribóza-5-fosfátizomerázová deficiencia, najvzácnejšia choroba na svete, takisto súvisí s nerovnováhou R5P. Aj keď molekulárna patológia tejto choroby nie je úplne pochopená, medzi hypotézy patrí znížená syntéza RNA. Ďalšia choroba súvisiaca s R5P je dna. Vysoká hladina G6P vedie k nadbytku intermediátov glykolýzy, ktoré sú smerované k produkcii R5P. R5P sa mení na PRPP, ktorá má za následok tvorbu purínov, čím vzniká nadbytok kyseliny močovej.

Akumulácia PRPP nastáva pri Lesch-Nyhanovom syndróme. Nadbytok je tvorený nedostatočnou aktivitou enzýmu hypoxantín-guanínfosforibozyltransferázy (HGPRT), ktorá vedie k oslabenej syntéze nukleotidov a zvýšenej produkcii kyseliny močovej.

Superaktivita enzýmu PRPS1, ktorý katalyzuje premenu R5P na PRPP, bola takisto spojená s dnou, ako aj s neurologickými vývojovými poruchami a senzorineurálnou hluchotou.

## Referencie

## Zdroj

Kategória:Organofosfáty
Kategória:Monosacharidy