ペントースリン酸経路

ペントースリン酸経路

ペントースリン酸経路（ホスホグルコン酸経路、ヘキソース一リン酸シャント、 HMPシャントとも呼ばれる）は、解糖系と並行する代謝経路である。[ 1 ]この経路は、 NADPHとペントース（5炭素糖）に加え、ヌクレオチド合成の前駆体であるリボース5-リン酸を生成する。[ 1 ]ペントースリン酸経路はグルコースの酸化に関与するが、その主な役割は異化作用ではなく同化作用である。この経路は特に赤血球において重要である。この経路の反応は、1950年代初頭にベルナルド・ホレッカーと同僚によって解明された。 [ 2 ] [ 3 ]

この経路には2つの異なる段階があります。1つ目はNADPHが生成される酸化段階、2つ目は五炭糖の非酸化的合成段階です。ほとんどの生物では、ペントースリン酸経路は細胞質で進行しますが、植物ではほとんどの段階がプラスチドで進行します。[ 4 ]

解糖系と同様に、ペントースリン酸経路は非常に古い進化の起源を持つと考えられる。この経路の反応は、現代の細胞では主に酵素触媒によって起こるが、始生代の海洋を再現した条件下では非酵素的にも起こり、金属イオン、特に第一鉄イオン（Fe(II)）によって触媒される。[ 5 ]これは、この経路の起源が生命誕生以前の世界にまで遡る可能性を示唆している。

結果

このパスウェイの主な結果は次のとおりです。

一方、芳香族アミノ酸は、木材の リグニンを含む多くの生合成経路の前駆体です。

核酸の消化によって得られる食事性ペントース糖は、ペントースリン酸経路を通じて代謝され、食事性炭水化物の炭素骨格は解糖系/糖新生系中間体に変換される可能性があります。

哺乳類では、PPPは細胞質にのみ存在します。ヒトでは、肝臓、乳腺、副腎皮質で最も活性が高いことが分かっています。PPPは、体内で還元力を持つ分子を生成する3つの主要な方法の1つであり、ヒトにおけるNADPH産生の約60%を占めています。

細胞内におけるNADPHの用途の一つは、酸化ストレスの予防です。NADPHはグルタチオン還元酵素を介してグルタチオンを還元します。グルタチオン還元酵素は、反応性の高いH 2 O 2をグルタチオンペルオキシダーゼによってH 2 Oに変換します。NADPHがなければ、H 2 O 2はフェントン反応によってヒドロキシルフリーラジカルに変換され、細胞を攻撃する可能性があります。例えば、赤血球はペントースリン酸経路を介して大量のNADPHを生成し、グルタチオンの還元に利用します。

過酸化水素は、呼吸バーストと呼ばれるプロセスで食細胞によっても生成されます。[ 6 ]

フェーズ

酸化相

この段階では、グルコース-6-リン酸からリブロース5-リン酸への変換から得られるエネルギーを利用して、 2つのNADP +分子がNADPHに還元されます。

ペントースリン酸経路の酸化段階。グルコース-6-リン酸（1）、6-ホスホグルコノ-δ-ラクトン（2）、6-ホスホグルコン酸（3）、リブロース5-リン酸（4）

反応全体は次のように要約できます。

反応物製品酵素説明
グルコース6-リン酸+ NADP+→ 6-ホスホグルコノ-δ-ラクトン+ NADPHグルコース6リン酸脱水素酵素脱水素反応。グルコース6リン酸の1位のヒドロキシル基がカルボニル基に変化してラクトンが生成され、その過程でNADPHが生成される。
6-ホスホグルコノ-δ-ラクトン+ H 2 O→ 6-ホスホグルコン酸+ H +6-ホスホグルコノラクトナーゼ加水分解
6-ホスホグルコン酸+ NADP +→リブロース5-リン酸+ NADPH + CO 26-ホスホグルコン酸脱水素酵素酸化的脱炭酸。NADP +が電子受容体となり、別のNADPH分子、 CO 2、およびリブロース 5-リン酸を生成します。

このプロセスに対する全体的な反応は次のとおりです。

グルコース6-リン酸 + 2 NADP + + H 2 O → リブロース5-リン酸 + 2 NADPH + 2 H + + CO 2

非酸化相

ペントースリン酸経路の非酸化段階
反応物製品酵素
リブロース5-リン酸→リボース5-リン酸リボース-5-リン酸イソメラーゼ
リブロース5-リン酸→キシルロース5-リン酸リブロース5-リン酸3-エピメラーゼ
キシルロース5-リン酸+リボース5-リン酸→グリセルアルデヒド3-リン酸+セドヘプツロース7-リン酸トランスケトラーゼ
セドヘプツロース7-リン酸+グリセルアルデヒド3-リン酸→エリスロース4-リン酸+フルクトース6-リン酸トランスアルドラーゼ
キシルロース5-リン酸+エリスロース4-リン酸→グリセルアルデヒド3-リン酸+フルクトース6-リン酸トランスケトラーゼ

正味反応：3 リブロース-5-リン酸 → 1 リボース-5-リン酸 + 2 キシルロース-5-リン酸 → 2 フルクトース-6-リン酸 + グリセルアルデヒド-3-リン酸

規制

グルコース-6-リン酸脱水素酵素はこの経路の律速酵素である。NADP +によってアロステリックに刺激され、NADPHによって強く阻害される。[ 7 ] NADPH:NADP +比は酵素の主要な制御様式であり、肝臓の細胞質では通常約100:1である。そのため、細胞質は高度に還元された環境となる。NADPHを利用する経路はNADP +を形成し、これがグルコース-6-リン酸脱水素酵素を刺激してより多くのNADPHを生成する。このステップもアセチルCoAによって阻害される。

G6PDの活性は、翻訳後制御的に細胞質脱アセチル化酵素SIRT2によっても制御されている。SIRT2を介したG6PDの脱アセチル化と活性化は、PPPの酸化的分岐を刺激し、細胞質NADPHを供給して酸化ダメージを打ち消したり、新たな脂肪生成をサポートしたりする。[ 8 ] [ 9 ]

赤血球

地中海地域およびアフリカ系の住民において、グルコース-6-リン酸脱水素酵素の活性レベル（機能ではない）におけるいくつかの欠損が、マラリア原虫である熱帯熱マラリア原虫（Plasmodium falciparum）に対する抵抗性と関連していることが観察されている。この抵抗性の原因は、赤血球膜（原虫の宿主細胞である赤血球）の脆弱化にあると考えられ、その結果、原虫の生活環を十分な期間維持できず、増殖が阻害される。[ 10 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b Alfarouk KO, Ahmed SB, Elliott RL, et al. (2020). 「がんにおけるペントースリン酸経路のダイナミクスと細胞内pHへの依存性」 . Metabolites . 10 : 285. doi : 10.3390/metabo10070285 . PMC  7407102. PMID  32664469 .
  2. ^ Horecker BL, Smyrniotis PZ, Seegmiller JE (1951). 「6-ホスホグルコン酸からリブロース-5-リン酸およびリボース-5-リン酸への酵素的変換」 . J. Biol. Chem . 193 (1): 383– 396. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . PMID 14907726 . 
  3. ^ Horecker BL (2002). 「ペントースリン酸経路」 . J. Biol. Chem . 277 (50): 47965– 47971. doi : 10.1074/jbc.X200007200 . PMID 12403765 . 
  4. ^ Kruger NJ, von Schaewen A (2003年6月). 「酸化的ペントースリン酸経路：構造と組織」. Current Opinion in Plant Biology . 6 (3): 236– 246. Bibcode : 2003COPB....6..236K . doi : 10.1016/S1369-5266(03)00039-6 . PMID 12753973 . 
  5. ^ Keller MA, Turchyn AV, Ralser M (2014年4月25日). 「あり得る始生代の海洋における非酵素的解糖およびペントースリン酸経路類似反応」 . Molecular Systems Biology . 10 (4): 725. doi : 10.1002/msb.20145228 . PMC 4023395. PMID 24771084 .  
  6. ^ MCG 1/cytotoxにおける免疫学
  7. ^ヴォート・ドナルド、ヴォート・ジュディス・G (2011).生化学(第 4 版)。ジョン・ワイリー＆サンズ。 p. 894.ISBN​ 978-0-470-57095-1。
  8. ^ Wang YP, Zhou LS, Zhao YZ, Wang SW, Chen LL, Liu LX, Ling ZQ, Hu FJ, Sun YP, Zhang JY, Yang C, Yang Y, Xiong Y, Guan KL, Ye D (2014年6月). 「SIRT2とKAT9によるG6PDアセチル化の制御は、酸化ストレス下におけるNADPH恒常性と細胞生存を調節する」 . EMBO Journal . 33 (12): 1304–20 . doi : 10.1002/embj.201387224 . PMC 4194121. PMID 24769394 .  
  9. ^ Xu SN, Wang TS, Li X, Wang YP (2016年9月). 「SIRT2はG6PDを活性化し、NADPH産生を促進し、白血病細胞の増殖を促進する」 . Sci Rep . 6 32734. Bibcode : 2016NatSR...632734X . doi : 10.1038/srep32734 . PMC 5009355. PMID 27586085 .  
  10. ^ Cappadoro M, Giribaldi G, O'Brien E, et al. (1998年10月). 「熱帯熱マラリア原虫（Plasmodium falciparum）に寄生されたグルコース-6-リン酸脱水素酵素（G6PD）欠損赤血球の早期貪食が、G6PD欠損症におけるマラリア防御機構を説明する可能性がある」 . Blood . 92 (7): 2527–34 . doi : 10.1182/blood.V92.7.2527 . PMID 9746794 . 
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