Ribóza-5-fosfát

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Nezamieňať s heslom riboflavín-5'-fosfát.
Ribóza-5-fosfát
Ribóza-5-fosfát
Všeobecné vlastnosti
Sumárny vzorec C5H10O8P
Synonymá Kyselina (2,3,4-trihydroxy-5-oxo-pentoxy)fosforečná, R5P
Fyzikálne vlastnosti
Molárna hmotnosť 230,110 g/mol
Ďalšie informácie
Číslo CAS 4300-28-1
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI.
Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok.

Ribóza-5-fosfát[1] (R5P) je fosforylovaný derivát ribózy. Je zároveň produktom a intermediátom pentózafosfátového cyklu. Posledným krokom oxidatívnych reakcií v pentózafosfátovom cykle je tvorba ribulóza-5-fosfátu. Podľa stavu organizmu sa ribulóza-5-fosfát reverzibilne izomerizuje na ribóza-5-fosfát. Ribulóza-5-fosfát môže inak podstúpiť niekoľko izomerizačných, transaldolačných a transketolačných reakcií, po ktorých vznikajú iné pentózafosfáty, ako aj fruktóza-6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát (intermediáty v glykolýze).

Ribóza-5-fosfát sa premieňa pôsobením enzýmu ribózafosfátdifosfokinázy na fosforibozylpyrofosfát (PRPP).

Štruktúra[upraviť | upraviť zdroj]

R5P pozostáva z päťuhlíkového sacharidu, ribózy, a fosfátovej skupiny, ktorá je viazaná na uhlík C5. Existuje buď ako lineárna forma, alebo ako cyklická forma (konkrétne ako furanóza). Furanózová forma je bežne označovaná i ako kyselina ribóza-5-fosforečná.[2]

Premena ribóza-5-fosfátu z lineárnej formy na furanózu.

Biosyntéza[upraviť | upraviť zdroj]

Tvorba R5P je závislá na raste bunky a na potrebe NADPH, R5P a ATP. Tvorba každej z týchto látok je riadená tokom glukóza-6-fosfátu (G6P) v dvoch rôznych metabolických dráhach: pentózafosfátovej dráhe a glykolýze. Vzťah medzi týmito dráhami sa dá skúmať pri rôznych metabolických situáciách.[3]

Pentózafosfátová dráha[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: Pentózafosfátová dráha
Kryštálová štruktúra komplexu ribóza-5-fosfátizomerázy a ribóza-5-fosfátu z E. coli.

R5P vzniká v pentózafosfátovej dráhe u všetkých organizmov.[3] Pentózafosfátová dráha je metabolická dráha, ktorá beží zároveň s glykolýzou. Je to hlavný zdroj NADPH, ktorý sa využíva pre reduktívnu biosyntézu[4] (napríklad syntézu mastných kyselín) a pentózových cukrov. Táto dráha sa skladá z dvoch častí, a to oxidačnej fáze, pri ktorej sa tvorí NADPH, a neoxidačnej fáze, pri ktorej sa premieňajú cukry. V oxidačnej fáze sa redukujú dve molekuly NADP+ na NADPH pomocou premeny G6P na ribulóza-6-fosfát (Ru6P). V neoxidačnej fáze sa potom Ru5P premieňa na R5P pomocou enzýmu ribóza-5-fosfátizomerázy.[5]

Izomerizácia Ru5P a R5P.

Ak je dopyt pre NADPH a R5P vyrovnaný, G6P tvorí jednu molekulu Ru5P pomocou pentózafosfátovej dráhy, čím vznikajú dve molekuly NADPH a jedna molekula R5P.[3]

Glykolýza[upraviť | upraviť zdroj]

Ak sa vyžaduje viac R5P než NADPH, R5P sa môže tvoriť i z intermediátov glykolýzy. G6P sa v glykolýze premieňa na fruktóza-6-fosfát (F6P) a glyceraldehyd-3-fosfát (G3P). Transketoláza a transaldoláza premieňajú dve molekuly F6P a jednu molekulu G3P na tri molekuly R5P.[3] Pri rýchlom raste buniek je nutné veľké množstvo R5P a NADPH pre syntézu nukleotidov a mastných kyselín. Glykolytické intermediáty sa teda dajú využiť v neoxidatívnej fáze pentózafosfátového cyklu pomocou expresie génu pre izoenzým pyruvátkinázy, PKM. PKM spôsobí veľké spomalenie v glykolýze, takže sa intermediáty môžu namiesto toho využiť v pentózafosfátovom cykle na syntézu NADPH a R5P. Tento proces je takisto podporený inhibíciou triózafosfátizomerázy, ktorá je inhibovaná fosfoenolpyruvátom, ktorý je substrátom PKM.[3]

Funkcia[upraviť | upraviť zdroj]

R5P a jej deriváty slúžia ako prekurzory mnohých biomolekúl vrátane DNA, RNA, ATP, koenzýmu A, FAD a histidínu.[6] R5P takisto vystupuje v syntéze tryptofánu.

Biosyntéza nukleotidov[upraviť | upraviť zdroj]

Nukleotidy sú základné stavebné kamene nukleových kyselín, DNA a RNA.[7] Skladajú sa z dusíkatej báze, pentózy a aspoň jednej fosfátovej skupiny. Nukleotidy obsahujú buď purínovú alebo pyrimidínovú bázu. Všetky intermediáty v biosyntéze purínov sú naviazané na R5P.[8] R5P je takisto dôležitý prekurzor pri syntéze pyrimidínových ribonukleotidov.

Aktivácia ribózy-5-fosfátu (R5P) na fosforibozylpyrofosfát (PRPP) pôsobením ribózafosfátdifosfokinázy.

Pri biosyntéze nukleotidov pôsobí na R5P ribózafosfátdifosfokináza (PRPS1), vďaka čomu vzniká fosforibozylpyrofosfát (PRPP). Tvorba PRPP je esenciálna pre de novo syntézu purínov i pre recyklačné dráhy purínov.[9] Syntéza de novo začína aktiváciou R5P premenou na PRPP, ktorý sa potom premieňa na fosforibozylamín (PRA).[10] Počas obnovovacích dráh purínov[11] viažu fosforibozyltransferázy PRPP na bázy.[12]

PRPP hrá dôležitú úlohy i pri syntéze pyrimidínových ribonukleotidov. V piatom kroku tejto syntéze sa PRPP kovalentne viaže na orotát na C1 uhlík ribózy. Reakcia je katalyzovaná enzýmom orotátfosforibozyltransferázou (PRPP transferázou) a jej produktom je orotidínmonofosfát (OMP).[9]

Biosyntéza histidínu a tryptofánu[upraviť | upraviť zdroj]

Histidín je esenciálna aminokyselina, ktorá sa u ľudí nesyntetizuje de novo. Podobne ako u nukleotidov začína biosyntéza histidínu premenou R5P na PRPP. Rýchlosť určujúcim krokom biosyntézy histidínu je kondenzácia ATP a PRPP, ktorú katalyzuje ATP-fosforibozyltransferáza. V procese dochádza k štiepeniu kruhu v adeníne. Uhlíkové atómy z ribóza v PRPP tvoria lineárny reťazec a čast imidazolového kruhu histidínu.[13][14][15] Biosyntéza histidínu je opatrne regulovaná spätnou inhibíciou.[16]

Podobne je to pri syntéze tryptofánu, kde prvým krokom je N-alkylácia kyseliny antranilovej, ktorú katalyzuje antranilátfosforibozyltransferáza.[13][17][18]

Iné funkcie[upraviť | upraviť zdroj]

R5P sa dá premeniť na adenozíndofosfátribózu, ktorá sa viaže na TRPM2 iónový kanál, čím ho aktivuje. Túto reakciu katalyzuje ribóza-5-fosfátadenylyltransferáza.[19]

Klinický význam[upraviť | upraviť zdroj]

Niekoľko chorôb súvisí s nerovnováhou R5P v bunkích. Rakoviny a nádory vykazujú zvýšenú produkciu R5P korelovanú so zvýšenou syntézou RNA a DNA.[3] Ribóza-5-fosfátizomerázová deficiencia, najvzácnejšia choroba na svete,[20][21] takisto súvisí s nerovnováhou R5P. Aj keď molekulárna patológia tejto choroby nie je úplne pochopená, medzi hypotézy patrí znížená syntéza RNA. Ďalšia choroba súvisiaca s R5P je dna.[22] Vysoká hladina G6P vedie k nadbytku intermediátov glykolýzy, ktoré sú smerované k produkcii R5P. R5P sa mení na PRPP, ktorá má za následok tvorbu purínov, čím vzniká nadbytok kyseliny močovej.[9]

Akumulácia PRPP nastáva pri Lesch-Nyhanovom syndróme.[23] Nadbytok je tvorený nedostatočnou aktivitou enzýmu hypoxantín-guanínfosforibozyltransferázy (HGPRT), ktorá vedie k oslabenej syntéze nukleotidov a zvýšenej produkcii kyseliny močovej.

Superaktivita enzýmu PRPS1, ktorý katalyzuje premenu R5P na PRPP, bola takisto spojená s dnou, ako aj s neurologickými vývojovými poruchami a senzorineurálnou hluchotou.[24]

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. ŠKÁRKA, Bohumil; FERENČÍK, Miroslav. Biochémia. 3. vyd. [s.l.] : [s.n.], 1992. ISBN 80-05-01076-1.
  2. The Synthesis of Ribose-5-Phosphoric Acid. Journal of Biological Chemistry, February 1934, s. 299–306. Dostupné online.
  3. a b c d e f BERG, Jeremy M.; TYMOCZKO, John L.; STRYER, Lubert. Biochemistry. 7th. vyd. [s.l.] : W.H. Freeman, 2015. ISBN 978-1-4292-7635-1. S. 589–613.
  4. The oxidative pentose phosphate pathway: structure and organisation. Current Opinion in Plant Biology, June 2003, s. 236–46. DOI10.1016/s1369-5266(03)00039-6. PMID 12753973.
  5. Structure of Escherichia coli ribose-5-phosphate isomerase: a ubiquitous enzyme of the pentose phosphate pathway and the Calvin cycle. Structure, January 2003, s. 31–42. DOI10.1016/s0969-2126(02)00933-4. PMID 12517338.
  6. COLEMAN, James P.; SMITH, C. Jeffrey. X Pharm: The Comprehensive Pharmacology Reference. [s.l.] : [s.n.], 2007. ISBN 9780080552323. DOI:10.1016/b978-008055232-3.60227-2 S. 1–6.
  7. IUPAC Compendium of Chemical Terminology. [s.l.] : International Union of Pure and Applied Chemistry, 2009. ISBN 978-0-9678550-9-7. DOI:10.1351/goldbook.n04255 Nucleotides.
  8. ENGELKING, Larry R.. Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. Third. vyd. [s.l.] : [s.n.], 2015. ISBN 978-0-12-391909-0. DOI:10.1016/b978-0-12-391909-0.50015-3 Purine Biosynthesis, s. 88–92.
  9. a b c PELLEY, John W.. Elsevier's Integrated Review Biochemistry. 2nd. vyd. [s.l.] : [s.n.], 2011. ISBN 9780323074469. DOI:10.1016/b978-0-323-07446-9.00014-3 Purine, Pyrimidine, and Single-Carbon Metabolism, s. 119–124.
  10. Structural biology of the purine biosynthetic pathway. Cellular and Molecular Life Sciences, 2008, s. 3699–3724. DOI10.1007/s00018-008-8295-8.
  11. ENGELKING, Larry R.. Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. Third. vyd. [s.l.] : [s.n.], 2015. ISBN 978-0-12-391909-0. DOI:10.1016/b978-0-12-391909-0.50031-1 Chapter 31 Šablóna:Mdash Carbohydrate Metabolism in Erythrocytes, s. 190–194.
  12. SCHRAMM, Vern L; GRUBMEYER, Charles. Phosphoribosyltransferase Mechanisms and Roles in Nucleic Acid Metabolism. [s.l.] : [s.n.], 2004. ISBN 9780125400787. DOI:10.1016/s0079-6603(04)78007-1 S. 261–304.
  13. a b VOET, Donald. Fundamentals of biochemistry : life at the molecular level. Fifth. vyd. Hoboken, NJ : [s.n.], 2016. Dostupné online. ISBN 978-1-118-91840-1.
  14. R. Caspi. Pathway: L-histidine biosynthesis [online]. MetaCyc Metabolic Pathway Database, 2008-10-10. Dostupné online.
  15. Histidine biosynthesis in plants. Amino Acids, 2006, s. 127–142. DOI10.1007/s00726-005-0247-0. PMID 16547652.
  16. Histidine biosynthesis. The Arabidopsis Book, January 2011, s. e0141. DOI10.1199/tab.0141. PMID 22303266.
  17. C.A. Fulcher. Pathway: L-tryptophan biosynthesis [online]. MetaCyc Metabolic Pathway Database, 2010-02-12. Dostupné online.
  18. Evolution of a Biosynthetic Pathway: The Tryptophan Paradigm. Annual Review of Microbiology, 1989, s. 567–600. DOI10.1146/annurev.mi.43.100189.003031. PMID 2679363.
  19. Phosphorolysis of adenosine diphosphoribose. Archives of Biochemistry and Biophysics, January 1966, s. 236–44. DOI10.1016/0003-9861(66)90178-0. PMID 4287446.
  20. The difference between rare and exceptionally rare: molecular characterization of ribose 5-phosphate isomerase deficiency. Journal of Molecular Medicine, September 2010, s. 931–9. Dostupné online. DOI10.1007/s00109-010-0634-1. PMID 20499043.
  21. Ribose-5-phosphate isomerase deficiency: new inborn error in the pentose phosphate pathway associated with a slowly progressive leukoencephalopathy. American Journal of Human Genetics, April 2004, s. 745–51. DOI10.1086/383204. PMID 14988808.
  22. JIMÉNEZ, Rosa Torres; PUIG, Juan García. Gout & Other Crystal Arthropathies. [s.l.] : [s.n.], 2012. ISBN 978-1-4377-2864-4. DOI:10.1016/b978-1-4377-2864-4.10003-x Purine Metabolism in the Pathogenesis of Hyperuricemia and Inborn Errors of Purine Metabolism Associated With Disease, s. 36–50.
  23. ICHIDA, Kimiyoshi; HOSOYAMADA, Makoto; HOSOYA, Tatsuo. Genetic Diseases of the Kidney. [s.l.] : [s.n.], 2009. ISBN 978-0-12-449851-8. DOI:10.1016/b978-0-12-449851-8.00038-3 Primary Metabolic and Renal Hyperuricemia, s. 651–660.
  24. SINGER, Harvey S.; MINK, Jonathan W.; GILBERT, Donald L.. Movement Disorders in Childhood. [s.l.] : [s.n.], 2010. ISBN 978-0-7506-9852-8. DOI:10.1016/B978-0-7506-9852-8.00015-1 Inherited Metabolic Disorders Associated with Extrapyramidal Symptoms, s. 164–204.

Zdroj[upraviť | upraviť zdroj]

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Ribose 5-phosphate na anglickej Wikipédii.