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glucosio
piruvato
Ac-CoA
Biochimica
FA040
NADH
CTF 2011
Via dei pentosi fosfati
• via metabolica del citosol, imperniata sul
glucosio (G-6-P)
• fornisce il ribosio-5-P necessario per la
sintesi di oligonucleotidi.
• è anche connessa con la glicolisi e la
gluconeogenesi (Fase 2 non ossidativa)
CO2
gluconeogenesi
• produce gran parte del NADPH
necessario per le biosintesi riduttive nella
cellula (es. AG) (Fase 1 ossidativa)
(C6)
2 NADPH
(C5)
NADPH NTP

 F2 non ox
2 X C6  2 X C5

C6 + C3
F1 ox
 
glicolisi /gluconeogenesi
• dall esosio fosfato (glucosio) si accede a
tre pentosi, un tetrosio, un triosio ed un
eptosio fosfati
• è particolarmente attiva nel fegato e nei
tessuti adiposi, mentre è poco attiva nel
muscolo
glicolisi
Via dei pentosi fosfati – fase 1 (reazioni ossidative)
La via del pentosio fosfato consiste in una fase OSSIDATIVA ed una fase NON OSSIDATIVA
FASE 1: REAZIONI OSSIDATIVE
-
decarbossilazione ossidativa
P
e produzione di NADPH
C
C H2
OH
H C OH
O
O
C O
OH
OH
NADP+
H
1

glucosio-6-fosfato
deidrogenasi
[NADPH]  VPF 
O


6-fosfogluconato
deidrogenasi

NADP+ NADPH
CH O P
2
C
+
NADP NADPH
C O
HO C H
H2O
CH2 O P
glucosio-6-p (G-6-P)
H C OH
H C OH
CH O P
2
6-fosfogluconato
H
H C OH
H C OH
H C OH
CO2
O
O
HO C H
6
H C OH
-
C
H C OH
H C OH
H2 O
()

H C OH
glucolattonasi
O
O
CO
2
H C OH
H C OH
CH2 O
P
ribulosio-5-p
Reazioni ossidative:

glucosio-6-deidrogenasi ossida G-6-P, altamente specifica per cofattore NADP+
(regolazione a feedback da NADPH – meno attiva se NADPH non è consumato)
 il prodotto è un lattone ciclico che si apre spontaneamente per idrolisi a 6-fosfo-D-gluconato
in una reazione assistita anche dalla glucolattonasi.

decarbossilazione ossidativa di 6-fosfogluconato avviene in due stadi
a) 6-fosfogluconasi deidrogenasi trasferisce 2e- a NADP
b) decarbossilazione spontanea del prodotto 3-cheto-6P-gluconato (ß-cheto acido) per
produrre il ribulosio-5-fosfato
Via dei pentosi fosfati – fase 2 (reazioni nonossidative)
REAZIONI NON OSSIDATIVE (trasferimento di unità bi- e tricarboniose) partendo dal
ribulosio-5-fosfato:
sedoeptulosio-7-P
ribosio-5-P
H
H C OH
C O
HO C H
O
H C
H C OH

H C OH
H C OH
H C OH
CH 2 O P
C O
O
C H
H C OH
H C OH
H
H C OH
eritrosio-4-p
H C OH
H C OH
transchetolasi
CH 2O P
transaldolasi
CH 2O P
H C OH

H C OH
CH 2 O P
ribulosio-5-P


H
H C OH
O
C O
C H
HO C H
H C OH
H C OH
CH 2 O P
CH 2O P
xilulosio-5-P (X-5-P)
 fosfopentosio isomerasi
 fosfopentosio epimerasi
gliceraldeide-3-p (G-3-P/GAP)

transchetolasi
H
H C OH
C O
X-5-P

G-3-P
HO C H
O
H C OH
H C OH
C H
H C OH
CH 2O P
fruttosio-6-p (F-6-P)
 transaldolasi
CH 2 O P
Reazioni non ossidative:
 fosfopentosio isomerasi
interconverte ribulosio-5-P e ribosio-5-P
- formazione di un intermedio enediolo con meccanismo simile alla fosfoglucoisomerasi (GL)
- ribosio-5-P - importante intermedio biosintetico (NTP, DNA, NADH, NADPH, FAD e vit. B12)

fosopentosio epimerasi ribulosio-5-P  xilulosio-5-P
- formazione di un intermedio enediolo (N.B. epimerasi trasferimento sullo stesso C,
isomerasi trasferimento fra C diversi).
CH2 OH
C O
CH2 OH
CH2 OH
fosfopentosio
C O
-
C O
epimerasi
E
B:
H C OH
C OH
H C OH
H C OH
CH2 OPO 3
Ribulosio-5-P
--
CH2 OPO 3
HB
E
HO C H
H C OH
--
intermedio endiolato
CH2 OPO3
Xilulosio-5-p
N.B. Queste reazioni che interconvertono i tre pentosi hanno un G  0 i tre pentosi quindi coesisitono
ad equilibrio.
--
reazioni di trasferimento 2 o 3 unità di carbonio
Le reazioni catalizzate dalle transaldolasi e transchetolasi producono zuccheri con 3, 6 e 7 C
partendo da ribosio-5-P – alcuni di questi prodotto sono intermedi metabolici della glicolisi /
gluconeogenesi.
Gliceraldeide-3-P
Ribosio-5-P
 transchetolasi
CHO
- molecola donante ketosio
- molecola ricevente aldosio.
- coenzima
tiammina pirofosfato
CHO
H C OH
- catalizza trasferimento
di 2 unità di carbonio.
Sedoeptulosio-7-P
CH2 OH
H C OH
H C OH
CH2 OPO3
+
--
HO C H
H C OH
CH2 OPO3
H C OH
--
H C OH

CH2OH
H C OH
CH2 OPO3
C O
HO C H
Xilulosio-5-P
--
Transchetolasi
H C OH
CH2OPO3--
C O
CHO

C O
CHO
H C OH
HO C H
H C OH
H C OH
CH2 OPO3
CH2 OH
--
CH2 OPO3
+
--
H C OH
H C OH
CH2 OPO3
Eritrosio-4-P
Gliceraldeide-3-P
Fruttosio-6-P
--
meccansimo d’azione della transchetolasi
R'
R''
TPP
S
E B:
+
N R'''
H CH2OH
C O
HO CH
R1
R'
S
R''
R1
R'
HC O
N R'''
R1 CH C CH2OH
OH OH
S
R2
HC O
R''
N R'''
°C CH2OH
OH
R''
R'
S
N R'''
R2 CH C CH2 OH
OH OH
R2 CH C CH2 OH
OH OH
+
TPP
meccanismo d’azione della transaldolasi
 la transaldolasi trasferisce tre unità di carbonio (donatore chetosio -
ricevente aldosio).
- simile all’aldolasi nella glicolisi, si forma un intermedio a base di Schiff.
- l'eliminazione di eritrosio-4-P lascia un’enammina legata all'enzima
- questa rimane stabile nel sito attivo fino a quando non entra l'altro substrato (es. G-3-P).
- attacca il carbonile nell'aldosio, ed in seguito ad idrolisi si libera il prodotto.
(Eritrosio-4-P)
R1CHO
H2O
CH2OH
C O
HO C H
H C OH
..
E Lys NH2
R1
H C OH
H C OH
H C OH
CH2 P
H CH2OH
+
E Lys N C
HO C H
H C OH
R1
Base di Schiff
H CH2OH
E Lys N C
HO C H
enammina
H CH2OH
+
E Lys N C
HO C H
-
H H OH
P CH 2 C C C C CH2OH
HO O H N
H2O
H
Lys
E
HO
H C C CH2 P
O H
G-3-P
Sedoeptulosio-7-P
CH 2OH
C O
HO C H
H C OH
H C OH
CH2 P
Fruttosio-6-P
Utilizzi alternativi del glucosio-6-P nella via dei pentosi fosfati
L’utilizzo di G-6-P dipende dalle condizioni (esigenze metaboliche) cellulari:
• la fosfofruttochinasi (glicolisi) e la glucosio-6-P deidrogenasi (VPF) sono altamente regolate.
• la sorte del G-6-P è determinata dalle relative attività dei due enzimi.
• La PFK è regolata dai livelli di AMP/ATP, citrato e F-2,6-P; la G6PDH dai livelli di NADPH e AG.
• le due vie possono essere combinate in maniera da fornire la miscela ottimale di prodotti a
secondo delle condizioni cellulari
CONDIZIONE I: la richiesta di ribosio-5-P è predominante
• le reazioni ossidative sono evitate
producendo F-6-P e G-3-P con la glicolisi
5x Glucosio-6-P
glicolisi
ATP
6 x Ribosio-5-P
GL
4x Fruttosio-6-P
GL
transaldolasi
& transchetolasi
xilulosio epimerasi
ribulosio isomerasi
• combinando le attività della transchetolasi
e transaldolasi con isomerasi ed
epimerasi si produce solo ribosio-5-P.
• questa combinazione rimuove intermedi
dalla glicolisi e costa una molecola di ATP.
eptulosio
eritrosio
2x G-3-P
piruvato
5 glucosio-6-P + ATP
1x Fruttosio-1,6-bP
DHAP
6 ribosio-5-P + ADP + H
CONDIZIONE II: richiesti sia Ribosio-6-P sia NADPH
 le
reazioni
ossidative
sono
producendo NADPH e ribulosio-5-P
attive
 l’isomerasi lo converte in ribosio-5-P
 le reazioni non-ossidative sono inattive
Glucosio-6-P
NADP deidrogenasi
CO2
lattonasi
 Questo rimuove metaboliti dalla glicolisi,
ma non richiede energia (ATP).
NADPH
Ribulosio-5-P
isomerasi
glucosio-6-P + 2 NADP
Ribosio-5-P
ribosio-5-P + 2NADPH + 2H + CO2
CONDIZIONE III: maggiore necessità di NADPH che di Ribosio-5-P o di ATP.
12 NADP+ 12 NADPH + 6 CO2
 le reazioni ossidative della VPF producono
NADHP
6 x Glucosio-6-P
6 x Ribulosio-5-P
deidrogenasi
epimerasi
lattonasi
isomerasi
5x
2x Ribosio-5-P + 4x Xilulosio-5-P
Fruttosio-6-P
Pi
 ribosio-5-P è convertito dalle transchetolasi
e transaldolasi ad
intermedi della
gluconeogenesi (reaz. non-ossidative).
 5/6 del glucosio-6-P è riformato per ulteriore
utilizzo.
4x
transaldolasi
&
transchetolasi
Fruttosio-1,6-bP
 la glicolisi è interrotta.
2x
DHAP
G-3-P
 6 Ribulosio-5-P + 6CO2 + 12NADPH + 12H+
1)
6 Glu-6-P + 12 NADP+ + 6H2O
2)
6 Ribulosio-5-P  5 Glu-6-P + Pi
Tot: 6 Glu-6-P + 12 NADP+ +6H2O
 5 Glu-6-P + Pi + 6CO2 + 12NADPH + 12H+
CONDIZIONE IV: richiesta di NADPH e di ATP ma non di ribosio-6-P.
6 NADP+ 6 NADPH + 3 CO2
3 x Glucosio-6-P
3 x Ribulosio-5-P
deidrogenasi
lattonasi
epimerasi
isomerasi
.
1x Ribosio-5-P + 2x Xilulosio-5-P
Fruttosio-6-P
-2 ATP
• le reazioni
NADHP
2x
transaldolasi
& chetolasi
ossidative
producono
• il ribulosio-5-P è convertito in ribosio e
xilulosio fosfato
• Questi
sono
convertiti
dalle
transchetolasi
e
transaldolasi
(reazioni non-ossidative) in intermedi
della glicolisi.
Fruttosio-1,6-bP
1x
DHAP
G-3-P
4x
5 piruvato
CK
5 NADH + 10 ATP
3 G-6-P + 6 NADP+ +5 NAD+ + 5Pi  5 piruvato + 3CO2 + 6NADPH + 5 NADH +
8 ATP + 2H2O + 8H+
Via dei pentosi fosfati - utilizzo di glucosio-6-p - riassunto
biosintesi
riduttive
NADPH
biosintesi
biosintesi
biosintesi riduttive
biosintesi riduttive
NADPH
gluconeogenesi
NADPH
glicolisi (energia)