Pentoz Fosfat Yolu Hakkında Bilgi

[theking]

Pentoz fosfat yolunda glukoz 6-fosfat, riboz 5-fosfata ve CO2'ye oksitlenirken NADPH üretilir. Bu beş karbonlu şeker ve onun türevleri, ATP, CoA, NAD+, FAD, RNA ve DNA gibi hayati öneme sahip biyomoleküllerin bileşenleridir. Bu olayın net reaksiyon denklemi aşağıdadır:

Glukoz 6-fosfat + 2NADP+ + H2O ---> Riboz 5-fosfat + 2NADPH + 2H+ + CO2


Bu net denklemi veren 4 reaksiyon basamağına pentoz fosfat yolunun oksidatif reaksiyonları adı verilir. Pentoz fosfat yolu aynı zamanda üç, dört, beş, altı ve yedi karbonlu şekerlerin oksidatif olmayan bir seri reaksiyonlarla birbirlerine dönüştürülmesini de katalizler. Bu reaksiyonların tamamı sitoplazmada cereyan eder. Bitkilerde pentoz fosfat yolunun bir bölümü, fotosentez olayı ile CO2' den glukozun sentezlenmesinde de rol alır.

Pentoz fosfat yolu bazen pentoz yan yolu, heksoz monofosfat yolu veya fosfoglukonat oksidatif yolu olarak da isimlendirilir.

Pentoz Fosfat Yolunun Oksidatif Reaksiyonları
Pentoz fosfat yolu, glukoz 6-fosfatın karbonunun dehidrogenasyonuyla başlar. Bu reaksiyon glukoz 6-fosfat dehidrogenaz enzimi tarafından katalizlenir. Bu enzim NADP+' ye karşı son derece spesifiktir ve NAD+ için KM değeri NADP+ için olandan yaklaşık 1000 misli fazladır. Bu reaksiyonun ürünü C-1 karboksili ile C-5 hidroksil grubu arasında oluşan bir molekül içi estere sahip 6-fosfoglukuno- -laktondur. Bundan sonraki basamak 6-fosfoglukuno- -laktonun laktanoz enzimi katalizörlüğünde 6-fosfoglukonata hidrolizidir. Bu altı karbonlu şeker daha sonra oksidatif dekarboksilasyonla ribulaz 5-fosfata dönüşür. Bu reaksiyonda koenzimi yine NADP+ olan 6-fosfoglukonat dehidrogenaz enzimi görev alır.

Riboz 5-fosfat sentezinde son basamak ribuloz 5-fosfatın izomerleşme reaksiyonudur; Glukoz 6-fosfat <--> Fruktoz 6-fosfat ve Dihidroksiaseton fosfat <--> Gliseraldehid 3-fosfat reaksiyonlarına benzeyen bu reaksiyon fosfopentoz izomeraz enzimi tarafından katalizlenir. Bu üç ketoz-aldoz izomerleşmesi de bir enediyol ara bileşiği vasıtasıyla gerçekleşir.

Pentoz Fosfat Yolunun Oksidatif Olmayan Reaksiyonları
Yukarıdaki reaksiyonlar sonucu bir glukoz molekülü başına iki NADPH ve bir riboz 5-fosfat meydana gelmektedir. Bununla birlikte birçok hücreler NADPH' a riboz 5-fosfattan daha çok ihtiyaç duyarlar. Bu durumda riboz 5-fosfat, gliseraldehid 3-fosfat ve fruktoz 6-fosfata çevrilir. Bu reaksiyonlarda transketolaz ve transaldolaz enzimleri rol alır. Bu enzimler, pentoz fosfat yoluyla glikoliz arasında, aşağıdaki üç reaksiyonu katalizleyerek dönüşümlü bir bağlantı oluştururlar:

· C5 + C5 C3 + C7 (transketolaz enzimi)
· C7 + C3 C4 + C6 (transaldolaz enzimi)
· C5 + C4 C3 + C6 (transketolaz enzimi)

Bu reaksiyonların toplamında üç pentozdan (C5), iki heksoz (C6) ve bir trioz (C3) meydana gelir.

Bu reaksiyonlarda transketolaz iki karbonlu, transaldolaz da üç karbonlu birimlerin transferini gerçekleştirir.

Pentoz fosfat yoluyla glikolizi birbirine bağlayan reaksiyonların ilkinde, iki pentozdan gliseraldehid 3-fosfat ve sedoheptulaz 7-fosfat meydana gelir.

Gliseraldehid 3-fosfat ve sedoheptulaz 7-fosfat daha sonra reaksiyona girerek bir fruktoz 6-fosfat ve bir de eritroz 4-fosfat teşkil ederler.

Reaksiyon sonucu oluşan eritroz 4-fosfat, transketolaz enzimi katalizörlüğünde, ksiluloz- 5-fosfattan iki karbon birimi alarak gliseraldehid 3-fosfat ve fruktoz 6-fosfatı meydana getirir. Transketolaz enziminin koenzimi tiamin pirofosfat (TPP)'dır.

Bu reaksiyonların toplamında; 2 Ksiluloz 5-fosfat + Riboz 5-fosfat <--> 2-Fruktoz 6-fosfat + Gliseraldehid 3-fosfat çıkar. Buradaki ksiluloz 5-fosfatın, fosfopentoz izomeraz ve epimeraz enzimlerinin sırasıyla görev yapmaları sonucu, riboz 5-fosfattan yapıldığını göz önüne aldığımız zaman yukarıdaki denklem,
3-Riboz 5-fosfat <--> 2-Fruktoz 6-fosfat + Gliseraldehid 3-fosfat


şekline döner. Böylece pentoz fosfat yoluyla meydana getirilen fazla riboz 5-fosfat glikoliz ara ürünlerine dönüştürülmüş oluyor.

Pentoz fosfat yolu hızının kontrolü: Pentoz fosfat yolunun ilk reaksiyonu olan glukoz 6-fosfatın dehidrogenasyonu dönüşümsüz bir olaydır. Gerçekten bu basamak fizyolojik şartlarda bu yolun kontrol noktasıdır. NADP+' de en önemli düzenleyici faktördür. NADPH, NADP+ ile ve ATP de glukoz 6-fosfatla enzime bağlanmak için yarış halindedirler. Pentoz fosfat yolunun oksidatif reaksiyonları üzerindeki NADP+ seviyesinin etkisi, indirgeyici biyosentez olaylarında kullanılan NADPH' ın üretimini böylece düzenlemiş olur. Glukoz 6-fosfat dehidrogenaz klinik yönden de çok önemli bir enzimdir. Eksikliğinde eritrositlerin hemoliz olduğu bir genetik anemi hastalığı görülür.

Hücre İçinde Glukoz 6-fosfat Kullanımının Kontrolü
Glukoz 6-fosfatın hücre içindeki kullanımı, NADPH, riboz 5-fosfat ve ATP ihtiyacına göre yönlendirilir. Bu yönlendirmeyi dört fizyolojik şart altında incelenirse;

Riboz 5-fosfata NADPH' dan daha fazla ihtiyaç duyulduğu durum: Glukoz 6-fosfatın çoğu glikolizle fruktoz 6-fosfat ve gliseraldehid 3-fosfatata çevrilir. Daha sonra transketolaz ve transaldoz enzimleri, daha önceden gördüğümüz oksidatif olmayan reaksiyonların dönüşümlü işlemesi sonucu bir molekül gliseraldehid 3-fosfat ve iki molekül fruktoz 6-fosfatı üç molekül riboz 5-fosfata dönüştürür. Bu yolun stokiyometrik denklemi şöyledir:
5 Glukoz 6-fosfat + ATP ---> 6 Riboz 5-fosfat + ADP + H+


NADPH ve riboz 5-fosfat ihtiyacının dengeli olduğu durum: Bu şartlarda pentoz fosfat yolunun oksidatif reaksiyonları işler. Bu reaksiyonun stokiyometrik denklemi şöyledir:
Glukoz 6-fosfat + 2NADP+ + H2O Riboz 5-fosfat + 2NADPH + 2H+ + CO2


NADPH'a riboz 5-fosfattan daha fazla ihtiyaç duyulduğu durum: Bu durumda glukoz 6-fosfat tamamen CO2' ye yükseltgenir ve bu da üç grup reaksiyonla gerçekleştirilir. Birincisinde iki NADPH ve bir riboz 5-fosfat oksidatif olarak sentezlenir. Daha sonra riboz 5-fosfat, transketolaz ve transaldolazla fuktoz 6-fosfat ve gliseraldehid 3-fosfata dönüştürülür. Son olarak da glukoneogenez reaksiyonlarıyla gliseraldehid 3-fosfat ve fruktoz 6-fosfattan glukoz 6-fosfat tekrar sentezlenir. Bu üç reaksiyon toplam stokiyometrik denklemi şöyledir:
Glukoz 6-fosfat + 12NADP+ + 7H2O ---> 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + Pi


Böylece bir glukoz 6-fosfat tamamen CO2'ye okside olarak 12NADPH üretilmiş olur.

Riboz 5-fosfattan daha çok NADPH' a ve bununla beraber ATP' ye ihtiyaç duyulduğu durum: Bu durumda glukoz 6-fosfat piruvata dönüştürülür. Riboz 5-fosfattan türetilen fruktoz 6-fosfat ve gliseraldehid 3-fosfat glukoneogenez yerine glikoliz yoluyla piruvata kadar yükseltgenir. Bu arada NADPH ve ATP beraberce sentezlenmiş olur. Stokiyometrik net denklemi şöyledir:
3Glukoz 6-fosfat + 6NADP+ + 5NAD+ + 5Pi + 8ADP ---> 5Piruvat + 3CO2 + 6NADPH + 5NADH + 8ATP + 2H2O + 8H+


Bu reaksiyonlarda oluşan piruvat daha fazla sayıda ATP sentezlenecek şekilde oksitlenir veya birçok biyosentez olaylarında yapı taşı olarak kullanılır.

6-Fosfoglukonat Dehidrogenaz: Moleküler ve Kinetik Özellikleri
6-Fosfogukonat dehidrogenaz pentoz fosfat metabolik yolunun ikinci oksidatif basamağını katalizler ve tepkime sonucu D-ribuloz-5-fosfat, CO2 ve NADPH oluşur. Mikroorganizma, bitki ve hayvan hücrelerinde bulunan enzim, pentoz fosfat yolunda üretilen NADPH' ların %50' sini sentezlemektedir.

Oksidatif ve non-oksidatif olmak üzere iki bölüme ayrılan pentoz fosfat yolu, hücrede yağ asidi, kolesterol sentezi gibi birçok redüktif biyosentezde, ksenobiotiklerin detoksifikasyonunda ve oksidatif strese karşı geliştirilen savunma sistemlerinde indirgeyici güç olarak görev alan NADPH ve nükleotit sentezinde ihtiyaç duyulan riboz-5-fosfatların ana kaynağıdır.

Pentoz fosfat yolu, eritrositlerde, okside glutatyonun indirgenmesini katalizleyen glutatyon redüktaz için NADPH sağlayarak methemoglobinin redüksiyonunu gerçekleştirmektedir. Sitokrom P-450 sistemi, glutatyon peroksidaz, glutatyon redüktaz, 6-PGD' nin ürünü olan NADPH' yi indirgeyici güç olarak kullanmaktadırlar. Ayrıca 6-PGD sorbitol yolunun önemli bir enzimi olan aldoz redüktaz için NADPH sağlaması bakımından da önemlidir.

Pentoz fosfat metabolik yolunun sitozolde oluşması, hücre için riboz-5-fosfat ve NADPH sağlayan bu metabolik yolun enerji üretiminden çok biyosentetik reaksiyonlardaki önemini ortaya koymaktadır.