Пентозо-фосфатен пат

Пентозо-фосфатниот метаболички пат се одвива во цитозолот и е алтернативен на гликолизата. Со него се генерира NADPH и се синтетизираат пентозни шеќери. Пентозо-фосфатниот пат се одвива преку две фази: оксидативна и неоксидативна. Во првата се добива NADPH, а во втората се синтетизираат пентозни јаглехидрати. Примарната улога на овој метаболички пат е анаболичка отколку катаболичка.

Оксидативна (линеарна) фаза

Оксидативна фаза од пентозо-фосфатниот пат.

Линеарниот дел од овој пат се состои во оксидација и декарбоксилација на гликозо-6-фосфатот, произведувајќи притоа пентозен шеќер рибулозо-6-фосфат. Најпрво ензимот гликозо-6-фосфат дехидрогеназа ја катализира оксидацијата на алдехидот на С1 атомот (во вид на хемиацетал) гликозо-6-фосфат (1) до карбоксилна киселина во која постои естерска врска (лактон) – 6-фосфогликонолактон (2). NADP⁺ служи како примател на електрони. 6-фосфогликонолактоназа ја катализира хидролизата на естерската врска (лактонот) на 6-фосфогликонолактон во 6-фосфогликонат (3), што резултира со отворање на хетероцикличниот прстен. Иако отворањето на прстенот се случува во отсуство на катализатор, 6-фосфогликонолактоназата ја забрзува реакцијата со тоа што го отстранува токсичниот 6-фосфогликонолактон. Фосфогликонат дехидрогеназа ја катализира оксидативната декарбоксилација на 6-фосфогликонатот и ја дава 5С кетозата рибулозо-5-фосфат (4). Хидроксилната група на С3 атомот (С2 на продуктот) се оксидира во кетон. Со ова се поттикнува губење на карбоксилната група од С1 атомот во вид на јаглерод диоксид (CO₂). NADP⁺ повторно служи како оксиданс, односно електронски акцептор.

Регулацијата на одвивањето на пентозо-фосфатниот пат е во зависност од концентрацијата на NADP⁺ која се зголемува со искористувањето на NADPH во редуктивните анаболички патишта. Самиот ензим со кој и започнува пентозо-фосфатниот пат, гликозо-6-фосфат дехидрогеназа, дејствува во зависност од достапноста на NADP⁺.

Оксидативната фаза може да се претстави со формулата:

$\mathrm {{\text{Glukozo-6-fosfat}}+2\ NADP^{+}+H_{2}O\longrightarrow }$ $\mathrm {{\text{Ribulozo-5-fosfat}}+CO_{2}+2\ NADPH+2\ H^{+}}$

Нелинеарна фаза

Неоксидативна фаза.

Останатиот, нелинеарен, дел од пентозо-фосфатниот пат се состои во претворба на пентозата (кетоза) рибулозо-5-фосфат во друга (алдозна) пентоза – рибоза-5-фосфат. Тоа се врши со учество на ензимот рибулозо-5-фосфат изомераза. Меѓутоа, може да настане претворба во која Р-5-Ф се трансформира во својот стереоизомер ксилулозо-5-фосфат со рибулозо-5-фосфат епимераза. И во двете реакции се случува депротонација и се формира ендиолатен меѓупродукт, по што доаѓа до репротонација и се добива конечниот продукт. И двете реакции се повратни.Освен во рибоза-5-фосфат, рибулоза-5-фосфатот може да се претвори во 3С глицералдехид-3-фосфат и 6С фруктоза-6-фосфат.

Транскетолазите и трансалдолазите го катализираат преносот од 2С и 3С молекуларни фрагменти, и тоа од кетозен дарител на алдозен примател. Имињата на овие ензими не се најсоодветни. Имено, транскетолазата всушност пренесува алдолен остаток (гликоалдехид), а трансалдолазата всушност пренесува кетолен остаток (дихидроксиацетон). Транскетолазата пренесува 2С фрагмент (во вид на глицералдехид-3-фосфат) од ксилулоза-5-фосфатот на рибоза-5-фосфатот или, пак, на еритроза-4-фосфат. Се добива седохептулоза-7-фосфат. Транскетолазата го има за простетична група тиамин пирофосфатот (TPP), кој е дериват на витаминот B₁. H⁺ од тиазолниот прстен на ТРР брзо дисоцира од јаглеродниот атом сместен помеѓу N и S атомите. Аминогрупата од аминопиримидинскиот прстен е блиску до дисоцирачкиот протон и служи како протонски примател. Овој протонски трансфер е помогнат од глутаматскиот остаток поврзан за пиримидинскиот прстен.

Тиазолниот карбоанјон кој резултира од дисоцијацијата на протонот, реагира со карбонилниот С на ксилулоза-5-фосфатот во реакција на адиција. Позитивно наелектризираниот N во тиазолниот прстен се однесува како депо на електрони, со тоа промовирајќи го раскинувањето на С-С врската. Со тоа се ослободува 3С глицералдехид-3-фосфат, а останатиот 2С фрагмент останува на ТРР. Комплетирањето на реакцијата се состои во обратна насока на овие чекори. 2С фрагментот кондензира со една од алдозите еритроза-4-фосфат (4С) или рибоза-5-фосфат (5С) и формира 6С или 7С кетозно-фосфатен продукт. Преносот на 2С фрагментот до 5С алдозната рибоза-5-фосфат дава седохептулоза-7-фосфат. Ако, пак, овој фрагмент се пренесе на 4С алдозната еритроза-4-фосфат се добива фруктоза-6-фосфат.

Трансалдолазата го катализира пренесувањето на 3С дихидроксиацетонскиот дел од седохептулоза-7-фосфатот на глицералдехид-3-фосфатот. -аминогрупата од лизинот од активниот центар реагира со карбонилниот С на седохептулоза-7-фосфатот и формира протонирана Шифова база како меѓупродукт. Бидејќи Шифовата база има алдолен карактер, со реакција на алдолна дезинтеграција се добива еритроза-4-фосфат и Шифова база со стабилизиран карбоанјон на С3, а се одделува и еден протон. Завршувањето на реакцијата се одвива во обратен правец, со тоа што карбоанјонот го напаѓа алдехидниот јаглероден атом од 3С алдозата глицералдехид-3-фосфат и дава 6С фруктоза-6-фосфат.

Правец на одвивање на пентозо-фосфатниот пат

Во зависност од релативните потреби на клетката за рибоза-5-фосфат, NADPH и ATP, пентозо-фосфатниот пат може да се одвива во различни насоки за да го зголеми количеството на различни продукти. Тој може да се одвива на три начини:

• Рибулозо-5-фосфатот може да се претвори во рибоза-5-фосфат, кој претставува супстрат за синтеза на нуклеотиди и нуклеински киселини. Во текот на овој пат се произведува и малку NADPH.
• Глицералдехид-3-фосфатот и фруктозо-6-фосфатот, создадени од 5 јаглеродните јаглехидратни фосфати, може да се претворат во гликоза-6-фосфат за повторно влегување во линеарниот дел од пентозо-фосфатниот пат, притоа зголемувајќи го производството на NADPH.
• Глицералдехид-3-фосфатот и фруктозо-6-фосфатот образувани од 5С јаглехидратните фосфати може да навлезат во патот на гликолизата за синтеза на ATP. Овој пат произведува и малку NADPH. Рибоза-1-фосфатот добиен за време на катаболизмот на нуклеозидите исто така влегува во гликолизата на овој начин, најпрво претворен во рибоза-5-фосфат. Од ова се заклучува дека пентозо-фосфатниот пат е влез на 5С и 6С шеќерите во гликолизата.