Input über Biochemie
Der Hexosemonophosphatweg
Mal wieder was zum Büffeln für alle, die Spaß am Mitlernen haben:
Biochemie und Pathobiochemie: Hexosemonophosphatweg
Allgemeines
Der Hexosemonophosphatweg (HMP-Weg, Pentosephosphatweg, Pentosephosphat-Shunt) ist ein Nebenweg der
Glycolyse. Er dient der Reduktion von
NADPH + H+ für Reduktionsvorgänge und der Biosynthese von
Ribose-5-phosphat für die Nukleotid- resp.
Purin- und
Pyrimidin-Biosynthese einschl.
Purin-Salvage.
1. Teil: Oxidation und Decarboxylierung von α-D-Glucose-6-phosphat zu Ribulose-5-phosphat
2. Teil: Aus Ribulose-5-phosphat wird Fructose-6-phosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat
Die Reaktionen im Detail
Der Hexosemonophosphatweg (HMP-Weg, Pentosephosphatweg) ist ein Nebenweg der Glycolyse und wie diese im
Zytosol lokalisiert.
Phase 1 (Oxidative, nicht-reversible Phase):
- Zuerst wird α-D-Glucose-6-phosphat zu β-D-Glucose-6-phosphat isomerisiert.
- Die Glucose-6-phosphat-1-Dehydrogenase katalysiert danach die Oxidation am C1-Atom. Dabei wird ein NADPH/H+ gewonnen und es entsteht 6-Phosphogluconolacton.
- Durch Wasseraufnahme wird daraus unter Ringöffnung 6-Phosphogluconat.
- 6-Phosphogluconat kann nun ein weiteres Mal unter NADPH/H+-Gewinn oxidiert werden. Dabei entsteht ein instabiles Zwischenprodukt, das spontan zu Ribulose-5-phosphat decarboxyliert.
In der Summe wird also eine (Phospho-)Hexose zweimal oxidiert und zur (Phospho-)Pentose decarboxyliert.
Phase 2 (Nicht-oxidative, reversible Phase):
- Ribulose-5-phosphat wird sowohl zu Xylulose-5-phosphat als auch zu Ribose-5-phosphat isomerisiert.
- Beide Produkte können von der Transketolase zu D-Glycerinaldehyd-3-phosphat und Sedoheptulose-7-phosphat umgesetzt werden.
- Diese wiederum können mit Hilfe der Transaldolase zu β-D-Fructose-6-phosphat und Erythrose-4-phosphat reagieren.
- In einem weiteren Schritt kann Erythrose-4-phosphat unter Einfluss
der Transketolase noch einmal mit Xylulose-5-phosphat (s.o.) in D-Glycerinaldehyd-3-phosphat und β-D-Fructose-6-phosphat umgewandelt werden, die beiden Endprodukte dieses Weges.
Im Endeffekt werden im HMP-Weg jeweils drei Glucosephosphat-Moleküle (3 C
6-Körper = 18 C-Atome) decarboxyliert (es bleiben 18 - 3 = 15 C-Atome) und diese dann zu zwei Fructose-6-phosphat (2 C
6-Körper = 12 C-Atome) und einem Glycerinaldehyd-3-phosphat (1 C
3-Körper) umgesetzt.
Glycerinaldehyd-3-phosphat und Fructose-6-phosphat können wieder in die
Glycolyse eingeschleust werden oder über die
Gluconeogenese
zu α-D-Glucose-6-phosphat umgesetzt werden. Durch letzteres entsteht
ein Kreislauf, über den Glucose netto vollständig decarboxyliert werden
kann. Pro Glucose-Molekül werden dabei 12 NADPH/H
+ gewonnen.
Bedeutung des Hexosemonophosphatweges
- Generierung von NADPH/H+ im 1. Teil:
- für NADPH-abhängige Biosynthesen wie z.B. Fettsäuren und Cholesterin.
- Insbesondere in den Erythrozyten wird das NADPH benötigt, um die Glutathionreduktase zu regenerieren. Dieses Enzym reduziert Glutathion,
ein Tripeptid aus Glutamat, Glycin und Cystein, welches mit seiner
reduzierten Sulfhydrylgruppe (SH-Gruppe von Cystein) Hämoglobin u. a.
Proteine vor der Oxidation schützt.
- Generierung von Pentosen wie D-Ribose-5-phosphat
z. B. für die Nucleotid- und Nucleinsäuresynthese. Dafür kann der 2.
Teil des Hexosephosphatweges von D-Glycerinaldehyd-3-phosphat und
D-Fructose-6-phosphat ausgehend auch einfach rückwärts ablaufen, wenn
z.B. Pentosen, aber kein NADPH/H+ benötigt wird.
Regulation
Der 1. Teil des HMP-Weges wird reguliert durch das Angebot an NADP
+ (Aktivierung) und NADPH/H
+
(Hemmung). Das Schrittmacherenzym ist dabei die
Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase. Die Reaktionen des 2. Teils sind
reversibel und laufen entsprechend dem Angebot an Substraten von unten
(aus der Glycolyse/Gluconeogenese) oder oben (aus dem oxidativen Teil)
ab und in dem Maße, wie Ribose-5-phosphat aus dem Gleichgewicht entfernt
wird bzw. in die Nucleotid-Biosynthese abfließt.
Pathobiochemie
Der
G6PD-Mangel führt bei oxidativem Stress mit H
2O
2-Bildung
(Infektionen, Medikamente wie ASS, Sulfonamide, Malariamittel,
Lebensmittel wie Saubohnen/Favabohnen) zur oxidativen Schädigung des
Erythrozyten und zu hämolytischen Krisen (Favismus).
Weblinks
| Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate |
Hintergrundfarbe Reaktionspfeile |
„Schlüsselenzyme“ |
|
| Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente |
CO2 / HCO3− C1-Reste Stickstoff |
Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der
Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.:
Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation,
Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation,
EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase,
Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.
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