DIREKTNA OKSIDACIJA GLUKOZE DIREKTNA OKSIDACIJA GLUKOZE PUT PENTOZA FOSFATAPUT PENTOZA FOSFATA

Kolegij: BIOKEMIJATIHANA ŽANIĆ GRUBIŠIĆ i KARMELA BARIŠIĆZavod za medicinsku biokemiju i hematologiju

FUNKCIJE PUTA

� SINTEZA NADPH i RIBOZA-5-FOSFATA

sastavni dio važnih biomolekula ATP, CoA, NAD+, FAD, RNA, DNA

� MEĐUSOBNA PRETVORBA ŠEĆERA SA 3, 4, 5, 6 ili 7 C-ATOMA

PUT PENTOZA FOSFATAPUT PENTOZA FOSFATAHEKSOZAHEKSOZA--MONOFOSFATNI PUTMONOFOSFATNI PUT

PENTOZNI PENTOZNI ŠŠANTANT

METABOLIČKI VAŽNI DIJELOVI PUTA

� OKSIDATIVNI DIO PUTA sinteza NADPH i RIBOZA-5-FOSFATA

� NEOKSIDATIVNI DIO PUTA međusobna pretvorba šećera sa 3, 4, 5, 6 ili 7 C-ATOMA

PUT PENTOZA FOSFATAPUT PENTOZA FOSFATAHEKSOZAHEKSOZA--MONOFOSFATNI PUTMONOFOSFATNI PUT

PENTOZNI PENTOZNI ŠŠANTANT

TKIVO FUNKCIJA - sinteza

NADBUBREŽNA ŽLIJEZDA steroida (NADPH)JAJNICI steroida (NADPH)TESTISI steroida (NADPH)

MASNO TKIVO masnih kiselina (NADPH)MLIJEČNA ŽLIJEZDA masnih kiselina (NADPH)JETRA masnih kiselina i

kolesterola (NADPH)

ERITROCITI održavanje glutationa ureduciranom stanju (NADPH)

TKIVA S AKTIVNIM PUTOMPENTOZA-FOSFATA

GLIKOGEN,ŠKROB, SAHAROZA

PIRUVATRIBOZA 5-FOSFAT

pohranjivanje

oksidacijaglikolizom

oksidacija putompentoza-fosfata

PUTOVI METABOLIZMA GLUKOZE U ORGANIZMU

GLUKOZA

Glukoza-6-fosfatdehidrogenaza

6-FOSFO-GLUKONO- δδδδ-LAKTONGLUKOZA 6-FOSFAT

OKSIDATIVNE REAKCIJEPENTOZA-FOSFATNOG PUTA

*GLUKOZA-6-FOSFAT DEHIDROGENAZAenzim visoko specifičan za NADP+

LAKTONAZA - hidroliza laktona

6-fosfo-glukono-δδδδ-lakton

laktonaza

6-fosfo-glukonat

6-FOSFO-GLUKONAT DEHIDROGENAZAoksidativna dekarboksilacija - NADPH

6-FOSFO-GLUKONAT D-RIBULOZA 5-FOSFAT

6-fosfo-glukonat dehidrogenaza

fosfopentoza- izomeraza

D-RIBOZA-5-FOSFAT

D-RIBULOZA-5-FOSFAT

IZOMERIZACIJA RIBULOZE U RIBOZU

IZOMERIZACIJE - KETOZA : ALDOZA ODVIJAJU SE UZENDIOLNI MEĐUPRODUKT

glukoza-6-fosfat fruktoza-6-fosfatdihidroksiacetonfosfat gliceraldehid-3-fosfat

1,2-endiolnimeđuprodukt

STEHIOMETRIJSKA REAKCIJA PUTA

GLUKOZA-6-FOSFAT + 2 NADP+ + H2O

RIBOZA-5-FOSFAT + 2 NADPH + 2H++ CO2

NADPH – DONOR VODIKA I ELEKTRONA U REDUKTIVNIM BIOSINTEZAMA

NADH – oksidacija u respiratornom lancu povezana sa sintezom ATPa

SHEMATSKI PRIKAZ NEOKSIDATIVNIH REAKCIJA

donor C-2 i C-3 jedinica je uvijek ketozaakceptor C-2 i C-3 jedinica je uvijek aldoza

PRENOSI SE TRANSALDOLAZOMPRENOSI SE TRANSKETOLAZOM

RIBOZA5-FOSFAT

GLUKOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

SEDOHEPTULOZA7-FOSFAT

NEOKSIDATIVNE REAKCIJEPENTOZA-FOSFATNOG PUTA

transaldolazatransketolaza

epimeraza

fosfoheksoza-izomeraza

transketolaza

KSILULOZA5-FOSFAT GLICERALDEHID

3-FOSFATERITROZA4-FOSFAT

FRUKTOZA-6-FOSFAT

KSILULOZA 5-FOSFAT GLICERALDEHID 3-FOSFAT

fruktoza-1,6-bisfosfataza

triozafosfat-izomeraza

ketoza

aldoza

ZA POVEZIVANJE METABOLIZMA PENTOZA I GLIKOLIZEPOTREBNA JE PRETHODNA

EPIMERIZACIJA RIBULOZE U KSILULOZU

Fosfopentoza -epimeraza

RIBULOZA -5-FOSFAT KSILULOZA -5- FOSFAT

stereospecifičnost transketolaze

TRANSKETOLAZNA REAKCIJAveza s glikolizom (1)

KSILULOZA-5-FOSFAT

SEDOHEPTULOZA-7-FOSFAT

GLICERALDEHID-3-FOSFAT

RIBOZA-5-FOSFAT

++

supstrat transketolaze mora imati C-3 konfiguraciju ksiluloze

TRANSKETOLAZA

PRINCIP DJELOVANJA TRANSKETOLAZA

TRANSKETOLAZA

KOFAKTOR TRANSKETOLAZA JE TIAMINPIROFOSFAT

AMINOPIRIMIDINSKIPRSTEN

TIAZOLNIPRSTEN

KISELI PROTON

AKTIVNIALDEHID

HIDROKSIETIL-TIAMINPIROFOSFATmeđuprodukt

TPP,DEPROTONIRANI OBLIK

KSILULOZA-5-FOSFAT

GLICERALDEHID-3-FOSFAT

H+

RIBOZA -5-FOSFAT

SEDOHEPTULOZA-7-FOSFAT

MEHANIZAM DJELOVANJA TRANSKETOLAZE

adicioni spoj 1

adicioni spoj 2

+

međuprodukt

+ H+

Neke reakcije ovisne o tiaminpirofosfatu (TPP)

Enzim Put Veza koja se kida Veza koja nastaje

Piruvat-dekarboksilaza Alkoholno vrenje

Piruvat-dehidrogenaza Sinteza acetil-CoAαααα-ketoglutarat-dehidrogenaza Ciklus limunske kiseline

Transketolaze Reakcije fiksacije ugljikau fotosintezi

Acetolaktat-sintetaza Sinteza valina i leucina

RIBOZA5-FOSFAT

GLUKOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

SEDOHEPTULOZA7-FOSFAT

NEOKSIDATIVNE REAKCIJEPENTOZA-FOSFATNOG PUTA

transaldolazatransketolazaepimeraza

fosfoheksoza-izomeraza

transketolaza

KSILULOZA5-FOSFAT GLICERALDEHID

3-FOSFATERITROZA4-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

KSILULOZA 5-FOSFAT GLICERALDEHID 3-FOSFAT

fruktoza-1,6-bisfosfataza

triozafosfat-izomeraza

TRANSALDOLAZNA REAKCIJAveza s glikolizom (2)

GLICERALDEHID3-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

ERITROZA 4-FOSFAT

SEDOHEPTULOZA 7-FOSFAT

+ +

TRANSALDOLAZA KATALIZIRA PRIJENOS 3-C JEDINICE

TRANSALDOLAZA

RIBOZA5-FOSFAT

GLUKOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

SEDOHEPTULOZA7-FOSFAT

NEOKSIDATIVNE REAKCIJEPENTOZA-FOSFATNOG PUTA

transaldolazatransketolazaepimeraza

fosfoheksoza-izomeraza

transketolaza

KSILULOZA5-FOSFAT GLICERALDEHID

3-FOSFATERITROZA4-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

KSILULOZA 5-FOSFAT GLICERALDEHID 3-FOSFAT

fruktoza-1,6-bisfosfataza

triozafosfat-izomeraza

TRANSKETOLAZNA REAKCIJAveza s glikolizom (2)

KSILULOZA5-FOSFAT

ERITROZA4-FOSFAT

GLICERALDEHID3-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

+ +

SHEMATSKI PRIKAZ NEOKSIDATIVNIH REAKCIJA

PENTOZA-FOSFATNOG PUTA

NEOKSIDATIVNE REAKCIJE POVEZUJU PUT S GLIKOLIZOM,ODVIJAJU SE KADA STANICI TREBA VIŠE NADPH NEGO Rib-5-fosfata

STEHIOMETRIJA NEOKSIDATIVNIH REAKCIJA

2 KSILULOZA-5-FOSFAT + RIBOZA-5-FOSFAT 2 FRUKTOZA-6-FOSFAT+ GLICERALDEHID 3-FOSFAT

3 RIBOZA 5-FOSFAT 2 FRUKTOZA 6-FOSFAT + GLICERALDEHID 3-FOSFAT

� SUVIŠAK RIBOZA 5-FOSFATA nastao pentoza - fosfatnim putem može se kvantitativno prevesti U GLIKOLITIČKE MEĐUPRODUKTE

REGULACIJA

BRZINU PENTOZA FOSFATNOG PUTA KONTROLIRA RAZINA NADP+

(osigurava povezanost sinteze i trošenja NADPH)

3 GLUKOZA-

6-FOSFAT

3 RIBULOZA

-5-FOSFAT

3 C-5ŠEĆERA

2 C-6

ŠEĆERA

1 C-3

ŠEĆER

+

3 CO26 NADPH

RIBOZA-

5-FOSFAT

NUKLEOTIDI

NEOKSIDATIVNANEOKSIDATIVNANEOKSIDATIVNANEOKSIDATIVNA

FAZAFAZAFAZAFAZA

OKSIDATIVNAOKSIDATIVNAOKSIDATIVNAOKSIDATIVNA

FAZAFAZAFAZAFAZA

1

2

3

4

METABOLIZAM GLUKOZA 6-FOSFATAOVISI O POTREBI ZA

NADPH, RIBOZA 5-FOSFATOM i ATP-om

1. POTREBE ZA NADPH I RIBOZA 5-FOSFATOM SU URAVNOTEŽENE

GLUKOZA-6-FOSFAT

RIBULOZA-5-FOSFAT

RIBOZA-5-FOSFAT

2 NADP+ 2 NADPH

CO2

GLUKOZA-6-FOSFAT+2 NADP+ +H2O RIBOZA-5-FOSFAT+2 NADPH+2H++ CO2

2. POTREBNO JE ZNATNO VIŠE RIBOZA 5-FOSFATA NEGO NADPH

RIBOZA5-FOSFAT

GLUKOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA1,6-BISFOSFAT

DIHIDRIKSIACETONFOSFAT

GLICERALDEHID3-FOSFAT

5 GLUKOZA-6-FOSFAT + 5 ATP 6 RIBOZA-5-FOSFAT + 5 ADP + 5H+

GLIKOLIZA

3. POTREBNO JE ZNATNO VIŠE NADPH NEGO RIBOZA-5-FOSFATA

GLUKOZA-6-FOSFAT+12 NADP++7 H2O 6 CO2+ 12 NADPH+12 H++Pi

GLUKOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA6-FOSFAT

FRUKTOZA1,6-BISFOSFAT

RIBULOZA5-FOSFAT

RIBOZA5-FOSFAT

2 NADP+ 2 NADPH

CO2

DIHIDROKSIACETONFOSFAT

GLICERALDEHID3-FOSFAT

GLUKONEOGENEZA

glukoza-6-fosfat se potpuno oksidira do 6 CO2

SVA nastala RIBOZA-5-FOSFAT reciklizira u GLUKOZU-6-FOSFAT

GLUKOZA-6-FOSFAT

RIBULOZA-5-FOSFAT

2 NADP+ 2 NADPH

CO2

RIBOZA-5-FOSFAT

FRUKTOZA-6-FOSFAT

FRUKTOZA-1,6-BISFOSFAT

DIHIDRIKSIACETON-FOSFAT

GLICERALDEHID-3-FOSFAT

PIRUVAT

2ATP

4. POTREBNO JE STVORITI NADPH i ATP

3 GLU-6-FOSFAT + 6 NADP+ + 5NAD+ + 5Pi + 8ADP 5 PIRUVAT + 3CO2 + 6 NADPH + 5NADH + 8 ATP + 2H2O + 8H+

GLIKOLIZA

PENTOZA-FOSFATNI PUT JE ZNATNO AKTIVNIJIU MASNOM TKIVU NEGO U MIŠIĆU

pentoza-fosfatni put – dekarboksilacija C-1

glikoliza

ciklus limunske kiseline – dekarboksilacija C-1 i C-6

U MASNOM TKIVU SE VELIKE KOLIČINE NADPH TROŠE

PRI REDUKTIVNOJ SINTEZI MASNIH KISELINA

WERNICKE – KORSAKOFF SINDROM

neuropsihijatrijski poremećajparaliza očnih pokreta, poremećaj mentalne funkcije, dezorijentacija, oštećena memorija

UZROK

TRANSKETOLAZA VEŽE TPP 10 PUTA SLABIJE

enzim ima manji afinitet od onoga kod normalnih osoba

bolest se ispoljava u kronično neishranjenih ljudi (npr. alkoholičara) kada razina TPP nije dovoljna da zasiti enzim.

NEDOSTATAK GLUKOZA-6-FOSFAT – DEHIDROGENAZEUZROKUJE HEMOLITIČKU ANEMIJU UZROKOVANU LIJEKOVIMA - PAMAQUIN (antimalarik )

SIMPTOMI:

ŽUTICA, MASIVNO RAZARANJE ERITROCITA, PAD Hb U KRVI, SMRT

bolest je spolno vezana (X) - obolijeva 11% crnih amerikanaca

poremećaj se ispoljava djelovanjem induktora (neenzimsko stvaranje ROS)

UZROK:

� MANJAK NADPH U ERITROCITIMA, ZBOG NEDOSTATKA GLUKOZA6-FOSFAT DEHIDROGENAZE - G6P DH

� NEDOSTATAK G6P DH U ERITROCITIMA JE GENETSKA PRILAGODBA

� takva je osoba zaštićena od infekcije s uzročnikom malarije Pl.falciparumkoji za optimalan razvoj zahtijeva PENTOZA-FOSFATNI PUT i GSH

GLUTATIONjedan od najvažnijih staničnih reducensa

H3N–CH–CH2–CH2–C –NH–CH–C– NH–CH2–COO–

ICOO–

+ IIO

IIO

ICH2I

SH

γγγγ -Glu Cys Gly

FUNKCIJA� ODRŽAVANJE CISTEINSKIH OSTAKA u Hb i DRUGIM PROTEINIMA

U REDUCIRANOM STANJU

� ODRŽAVANJE ŽELJEZA U Fe2+ - OBLIKU u Hb� ODRŽAVANJE NORMALNA STRUKTURE ERITROCITARNE MEMBRANE

DJELOVANJE GLUTATIONADJELOVANJE GLUTATIONA

oksidirani oblik proteinskog lanca

reducirani oblik proteinskog lanca

reducirani glutation oksidirani glutation

ROS-reaktivni kisikovi spojevi

DJELOVANJE GLUTATIONADJELOVANJE GLUTATIONA

OMJER GSH / GSSG U ERITROCITIMA ~ 500

R–OOH + 2 γγγγ-Glu–Cys–Gly γγγγ-Glu–Cys–Gly + H2 + ROHI

SHI

SI

S

γγγγ-Glu–Cys–GlyI

reaktivni kisikovi spojevi - organski peroksidi

oksidirani glutation

2GSH GS–SG

glutation reduktaza

NADP+ NADPH + H+

G -6-fosfat6-P-glukono-δδδδ-

lakton

oksidativno oštećenje lipida, proteina, DNA

˙OHhidroksilni slobodni radikal

H2O2

˙O2–superoksidni radikal

mitohondrijska respiracija, ionozirajuće zračenje, sulfo-lijekovi, herbicidi....

glutation peroksidaza 2H2O

ULOGA NADH i GLUTATIONAU ZAŠTITI OD VISOKO REAKTIVNIH

PRODUKATA KISIKA

glukoza-6-fosfat - dehidrogenaza

GLUTATION - REDUKTAZA

vezno mjesto za oksidirani glutation GSSGformiraju

• FAD – domena jedne podjedinice i• domena dodirne površine druge podjedinice

dimer, podjedinica ima MR 50 000

FAD i NADP+ se vežu u ispruženom obliku

enzim

NADPH FADCys46−−−−S

Cys41−−−−SI

G−−−−S

G−−−−SI

NADP+ + 2 GSH