Pentosephosphatzyklus
Pentosephosphatzyklus
Pentosephosphatzyklus
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<strong>Pentosephosphatzyklus</strong><br />
Synonym: Hexosemonophosphatweg
Gliederung<br />
� Funktion & Lokalisation<br />
� Grundgerüst des Ablaufs<br />
� Anpassung an Stoffwechselsituation<br />
� Regelung<br />
� Beispielreaktion
Funktion & Lokalisation<br />
� Gewinnung von Pentosen (Nucleotidsynthese)<br />
� Synthese von NADPH \H + für Biosynthesen<br />
(Fettsäure; Steroidhormone)<br />
� Cytosolischer Prozess, der z.B. in<br />
Fettgeweben, Nebennierenrinde stattfindet
Ablauf 1.Schritt<br />
Erzeugung von Ribose – 5 - Phosphat<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Dehydrogenase<br />
NADP + NADPH/H +<br />
Gluconolacton-<br />
Hydrolase<br />
Glucose-6-Phosphat 6-Phosphogluconolacton 6-Phosphogluconat<br />
Dehydrierung am C1 erzeugt<br />
einen Carbonsäureesters<br />
Spaltung des Esters
Ablauf 1.Schritt<br />
Erzeugung von Ribose – 5 - Phosphat<br />
6-Phophogluconat-<br />
Dehydrogenase<br />
NADP + NADPH/H + CO 2<br />
6 – Phosphogluconat 3-Keto-6-phospho-<br />
Gluconat<br />
Bildung einer 1,3-Dicarbonylverbind. Decarboxylierung<br />
Ribulose-5-phosphat
Ribulose-5-phosphat<br />
Ablauf 1.Schritt<br />
Erzeugung von Ribose–5-Phosphat<br />
Pentose -5-Phopsphat-Isomerase<br />
Keto-Enol-Tautomerie<br />
Endiolzwischenprodukt Ribose-5-Phosphat
Ablauf 1.Schritt<br />
Erzeugung von Ribose – 5 - Phosphat<br />
� Mit Ribose-5-Phosphat steht der Zelle nun eine Pentose zur<br />
Verfügung.<br />
� Bilanz bis hierhin: Gewinn von 1 Pentose und 2NADPH/H + aus<br />
einem Molekül Glucose-6-Phosphat<br />
(ausgewogenes Verhältnis)<br />
� Nach Bedürfnis des Stoffwechsel: Erweiterung des Zyklus
Glykolyse<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Fructose-6-Phosphat<br />
Fructose-1,6-bisPhosp.<br />
Glycerinaldehyd-3-P<br />
Übersicht<br />
2NADP + 2 NADPH/H +<br />
Ablauf 1.Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
<strong>Pentosephosphatzyklus</strong><br />
Ribulose-5-Phosphat<br />
Ribose-5-Phosphat<br />
Nucleotidsynthese
Ablauf 2.Schritt<br />
Verbindung zwischen Pentosephosphatzykus und Glykolyse<br />
C2-Einheit<br />
C3-Einheit<br />
Körper benutzt hierzu die Transketolase und Transaldolase<br />
Wird von einem Molekül auf ein anderes<br />
durch Transketolase übertragen<br />
Wird von einem Molekül auf ein anderes<br />
durch Transaldolase übertragen
Ablauf 2.Schritt<br />
Verbindung zwischen Pentosephosphatzykus und Glykolyse<br />
Transketolase<br />
Transaldolase<br />
Körper benutzt hierzu die Transketolase und Transaldolase<br />
Der Donor dieser Einheiten ist immer<br />
eine Ketose, der Akzeptor immer eine<br />
Aldose.
Ablauf 2.Schritt<br />
Verbindung zwischen Pentosephosphatzykus und Glykolyse<br />
mittels Transketolase und Transaldolase
Anpassung an versch.<br />
Stoffwechselsituationen<br />
Prinzipiell drei verschiedene Stoffwechselsituationen denkbar:<br />
� 1) Ausgewogener Bedarf an NADPH und Ribose-5phosphat<br />
Reaktionen wie besprochen<br />
� 2) Weit mehr NADPH als Ribose-5-Phosphat<br />
wird benötigt<br />
� A) vollständige Oxidation von Glucose-6-Phosphat zu<br />
CO2<br />
� B) Glucose-6-Phosphat wird zu Pyruvat transformiert<br />
� 3) Große Nachfrage nach Ribose-5-Phosphat
Gluconeogenese<br />
Stoffwechselsituation:<br />
Bedarf an NADPH (2A)<br />
Glykolyse<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Fructose-6-Phosphat<br />
Fructose-1,6-bisPhosp.<br />
Glycerinaldehyd-3-P<br />
2NADP + 2NADPH/H +<br />
Ablauf 1.Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
<strong>Pentosephosphatzyklus</strong><br />
Ribulose-5-Phosphat<br />
Ribose-5-Phosphat
Stoffwechselsituation:<br />
Bedarf an NADPH (2A)<br />
� Glucose-6-Phosphat wird zu Ribulose- und<br />
anschliessend zu Ribose-5-Phosphat<br />
umgesetzt. ( Ablauf 1)<br />
� Transaldolase und Transketolase<br />
bilden Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-<br />
Phosphat ( Ablauf 2)<br />
� Gluconeogenese „regeneriert“ diese zu Glucose-6 P<br />
Kreislauf<br />
Bilanz: Glucose-6-Phosphat + 12NADP + +7H 2 O<br />
6CO 2 + 12 NADPH /H + +12 H + + P
Stoffwechselsituation:<br />
Bedarf an NADPH (2B)<br />
Glykolyse<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Fructose-6-Phosphat<br />
Fructose-1,6-bisPhosp.<br />
Glycerinaldehyd-3-P<br />
2NADP + 2NADPH/H +<br />
Ablauf 1.Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
<strong>Pentosephosphatzyklus</strong><br />
Ribulose-5-Phosphat<br />
Ribose-5-Phosphat
Stoffwechselsituation:<br />
Bedarf an NADPH (2B)<br />
� Glucose-6-Phosphat wird zu Ribulose- und<br />
anschliessend zu Ribose-5-Phosphat<br />
umgesetzt. ( Ablauf 1)<br />
� Transaldolase und Transketolase<br />
bilden Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-<br />
Phosphat ( Ablauf 2)<br />
� In der Glykolyse werden diese zu Pyruvat überführt<br />
Bilanz: 3 Glucose-6-P + 6NADP + +5NAD + + 5 P + 8ADP<br />
5 Pyruvat + 3CO 2 + 6 NADPH +5 NADH +8ATP +<br />
2H 20 +8H +
Stoffwechselsituation:<br />
Bedarf an Ribose-5-P (3)<br />
Glykolyse<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Fructose-6-Phosphat<br />
Fructose-1,6-bisPhosp.<br />
Glycerinaldehyd-3-P<br />
� Während der Glykolyse entsteht<br />
Fructose-6-Phosphat und<br />
Glycerinaldehyd-3-Phosphat.<br />
� Rückreaktionen der in Ablauf 2<br />
besprochenen Umsetzungen von<br />
Transketolase und Transaldolase<br />
führt unter ATP Verbrauch zu<br />
Ribose-5-Phosphat:<br />
Bilanz: 3 Glucose-6-Phosphat + ATP<br />
6 Ribose-5-P + ADP + H +
Stoffwechselsituation:<br />
Bedarf an Ribose-5-P (3)<br />
Glykolyse<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Fructose-6-Phosphat<br />
Fructose-1,6-bisPhosp.<br />
Glycerinaldehyd-3-P<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
Ablauf 2. Schritt<br />
<strong>Pentosephosphatzyklus</strong><br />
Ribose-5-Phosphat
Regulation<br />
Erzeugung von Ribose – 5 - Phosphat<br />
Glucose-6-Phosphat<br />
Dehydrogenase<br />
NADP + NADPH/H +<br />
Gluconolacton-<br />
Hydrolase<br />
Glucose-6-Phosphat 6-Phosphogluconolacton 6-Phosphogluconat<br />
= Regulation erfolgt an diesen Stellen
Regulation<br />
� Regulation wird am einleitenden Schritt, der<br />
Oxidation von Glucose-6-P zu 6-Phosphogluconolacton<br />
vorgenommen.<br />
� NADP + ist das Coenzym für Glucose-6-P-<br />
Dehydrogenase, welche diese Umsetzung<br />
vornimmt:<br />
[ NADP + ] Aktivität
Anwendungsbeispiel: Reduktion<br />
von Glutathiondisulfid<br />
� Zur Entgiftung von Peroxiden und Hydroperoxiden<br />
besitzt der Erythrozyt in seiner Membran ein<br />
Tripeptid, dass Glutathion.<br />
� Glutathion enthält eine Thiol Funktion und ist<br />
Substrat der Glutathion-peroxidase, welche diese<br />
unter Verwertung der Peroxide zum Disulfid<br />
oxidiert:<br />
GSH Peroxidase<br />
2 GSH + ROOH GSSG +ROH +H20
Anwendungsbeispiel:<br />
Regeneration von Glutathion<br />
� Unter NADPH/ H + Verbrauch wird das<br />
Glutathiondisulfid zu Glutathion reduziert:<br />
GSSG + NADPH/H + 2 GSH + NADP +<br />
GSH-Reduktase<br />
� Verbrauch von NADPH/H + wiederum regt<br />
dessen Neubildung an
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