Рибозо-5-фосфат - Ribose 5-phosphate

Не путать с Рибофлавин-5'-фосфат.
Рибозо-5-фосфат
Рибоза 5-фосфат.png
Имена
Название ИЮПАК
(2,3,4-Тригидрокси-5-оксопентокси) фосфоновая кислота
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.022.101 Отредактируйте это в Викиданных
MeSHрибозо-5-фосфат
UNII
Свойства
C5ЧАС11О8п
Молярная масса230.110
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Рибозо-5-фосфат (R5P) является одновременно продуктом и промежуточным звеном пентозофосфатный путь. Последней стадией окислительных реакций пентозофосфатного пути является производство рибулоза 5-фосфат. В зависимости от состояния организма рибулозо-5-фосфат может обратимо изомеризоваться в рибозо-5-фосфат. Рибулозо-5-фосфат альтернативно может претерпевать серию изомеризаций, а также трансальдоляций и транскетоляций, которые приводят к образованию других пентозофосфатов, а также фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат (оба промежуточных звена в гликолиз ).

Фермент рибозо-фосфатдифосфокиназа превращает рибозо-5-фосфат в фосфорибозилпирофосфат.

Структура

Кристаллическая структура рибозо-5-фосфат-изомеразы и рибозо-5-фосфатного комплекса в E. coli

R5P состоит из пятиуглеродного сахар, рибоза, а фосфат группа у пятипозиционного углерода. Он может существовать в форме открытой цепочки или в фураноза форма. Форму фуранозы чаще всего называют рибозо-5-фосфорной кислотой.[1]

Биосинтез

Образование R5P сильно зависит от роста клеток и потребности в НАДФН (Никотинамидадениндинуклеотидфосфат ), R5P и АТФ (Аденозинтрифосфат ). Формирование каждой молекулы контролируется потоком глюкозо-6-фосфат (G6P) в двух различных метаболических путях: пентозофосфатном пути и гликолизе. Взаимосвязь между этими двумя путями может быть исследована через различные метаболические ситуации.[2]

Пентозофосфатный путь

Превращение формы открытой цепи рибозо-5-фосфата в форму фуранозы.

R5P производится в пентозофосфатный путь во всех организмах.[2] Пентозофосфатный путь (PPP) - это метаболический путь, который проходит параллельно гликолизу. Это важный источник образования НАДФН для восстановительного биосинтеза.[3] (например. синтез жирных кислот ) и пентоза сахара. Путь состоит из двух фаз: окислительной фазы, которая генерирует НАДФН, и неокислительной фазы, которая включает взаимное превращение сахаров. В окислительной фазе PPP две молекулы НАДФ + восстанавливаются до НАДФН за счет преобразования G6P в рибулоза 5-фосфат (Ru5P). В неокислительной форме PPP Ru5P может быть преобразован в R5P через рибозо-5-фосфат изомераза ферментативный катализ[4].

Изомеризация рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат.

Когда потребность в НАДФН и R5P уравновешена, G6P образует одну молекулу Ru5P через PPP, генерируя две молекулы NADPH и одну молекулу R5P.[2]

Гликолиз

Когда требуется больше R5P, чем NADPH, R5P может быть образован гликолитический промежуточные звенья. Глюкозо-6-фосфат превращается в фруктозо-6-фосфат (F6P) и глицеральдегид-3-фосфат (G3P) в течение гликолиз. Транскетолаза и трансальдолаза преобразовать две молекулы F6P и одну молекулу G3P в три молекулы R5P.[2] Во время быстрого роста клеток для синтеза нуклеотидов и жирных кислот необходимы более высокие количества R5P и NADPH соответственно. Гликолитические промежуточные продукты могут быть переведены в неокислительную фазу PPP путем экспрессии гена для пируваткиназа изофермент, ПКМ. PKM создает узкое место в гликолитическом пути, позволяя промежуточным продуктам использоваться PPP для синтеза NADPH и R5P. Этот процесс дополнительно включен триозофосфат изомераза торможение фосфоенолпируват, субстрат ПКМ.[2]

Функция

R5P и его производные служат предшественниками многих биомолекул, включая ДНК, РНК, АТФ, кофермент А, FAD (Флавин аденин динуклеотид ), и гистидин.[5]

Биосинтез нуклеотидов

Нуклеотиды служат строительными блоками для нуклеиновых кислот, ДНК и РНК.[6] Они состоят из азотистого основания, пентозного сахара и по крайней мере одной фосфатной группы. Нуклеотиды содержат либо пурин или пиримидин азотистое основание. Все промежуточные соединения в биосинтезе пуринов сконструированы на «каркасе» R5P.[7] R5P также служит важным предшественником синтеза пиримидин рибонуклеотидов.

Во время биосинтеза нуклеотидов R5P подвергается активации посредством рибозо-фосфатдифосфокиназа (PRPS1) для формирования фосфорибозилпирофосфат (ПРПП). Формирование PRPP важно как для синтез пуринов de novo и для Пуриновый путь спасения.[8] Путь синтеза de novo начинается с активации R5P в PRPP, которая позже катализируется, чтобы стать фосфорибозиламин, предшественник нуклеотида. На пути спасения пуринов[9] фосфорибозилтрансферазы добавляют PRPP к основаниям.[10]

Активация рибозо-5-фосфата до фосфорибозилпирофосфата рибозо-фосфатдифосфокиназой.

PRPP также играет важную роль в синтезе пиримидин-рибонуклеотидов. На пятой стадии синтеза пиримидиновых нуклеотидов PRPP ковалентно связывается с ругать у однопозиционного углерода на блоке рибозы. Реакция катализируется оротатфосфорибозеилтрансфераза (Трансфераза PRPP), давая монофосфат оротидина (OMP).[8]

Биосинтез гистидина

Гистидин - незаменимая аминокислота, которая не синтезируется у человека de novo. Подобно нуклеотидам, биосинтез гистидина инициируется превращением R5P в PRPP. Этап биосинтеза гистидина - это конденсация АТФ и PRPP посредством АТФ-фосфорибозилтрансфераза, фермент, определяющий скорость. Биосинтез гистидина тщательно регулируется ингибированием обратной связи /[11]

Прочие функции

R5P можно преобразовать в аденозиндифосфат рибоза, который связывает и активирует TRPM2 ионный канал. Реакция катализируется рибозо-5-фосфатаденилилтрансфераза[12]

Актуальность болезни

Заболевания связаны с дисбалансом R5P в клетках. Рак и опухоли показывают повышенное производство R5P, коррелированное с повышенным синтезом РНК и ДНК.[2] Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы, самая редкая болезнь в мире,[13][14] также связано с дисбалансом R5P. Хотя молекулярная патология заболевания плохо изучена, гипотезы включали снижение синтеза РНК. Другое заболевание, связанное с R5P, - это подагра[15] Более высокие уровни G6P приводят к накоплению промежуточных продуктов гликолита, которые направляются на производство R5P. R5P преобразуется в PRPP, что вызывает перепроизводство пуринов, что приводит к мочевая кислота построить.[8]

Накопление PRPP обнаружено в Синдром Леша-Нихана.[16] Накопление вызвано недостатком фермент гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза (HGPRT), что приводит к снижению синтеза нуклеотидов и увеличению выработки мочевой кислоты.

Сверхактивность в PRPS1, фермент, который катализирует R5P в PRPP, также был связан с подагрой, а также с нарушением развития нервной системы и сенсоневральной глухотой.[17]

использованная литература

  1. ^ Левен П.А., Стиллер Е.Т. (февраль 1934 г.). «Синтез рибозо-5-фосфорной кислоты». Журнал биологической химии. 104 (2): 299–306.
  2. ^ а б c d е ж Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2015). Биохимия (7-е изд.). W.H. Фримен. С. 589–613. ISBN  978-1-4292-7635-1.
  3. ^ Kruger NJ, von Schaewen A (июнь 2003 г.). «Окислительный пентозофосфатный путь: структура и организация». Текущее мнение в области биологии растений. 6 (3): 236–46. Дои:10.1016 / с 1369-5266 (03) 00039-6. PMID  12753973.
  4. ^ Чжан Р., Андерссон К.Э., Савченко А., Скарина Т., Евдокимова Е., Бизли С., Эрроусмит С.Х., Эдвардс А.М., Иоахимиак А., Моубрей С.Л. (январь 2003 г.). «Структура рибозо-5-фосфат-изомеразы Escherichia coli: повсеместный фермент пентозофосфатного пути и цикла Кальвина». Структура. 11 (1): 31–42. Дои:10.1016 / s0969-2126 (02) 00933-4. ЧВК  2792023. PMID  12517338.
  5. ^ Коулман Дж. П., Смит CJ (2007). Икс Фарм: Полный справочник по фармакологии. С. 1–6. Дои:10.1016 / b978-008055232-3.60227-2. ISBN  9780080552323.
  6. ^ «Нуклеотиды». Сборник химической терминологии ИЮПАК. Международный союз теоретической и прикладной химии. 2009 г. Дои:10.1351 / goldbook.n04255. ISBN  978-0-9678550-9-7.
  7. ^ Энгелькинг Л.Р. (2015). «Биосинтез пуринов». Учебник ветеринарной физиологической химии (Третье изд.). С. 88–92. Дои:10.1016 / b978-0-12-391909-0.50015-3. ISBN  978-0-12-391909-0.
  8. ^ а б c Пелли Дж. В. (2011). «Пурин, пиримидин и одноуглеродный метаболизм». Комплексный обзор биохимии Elsevier (2-е изд.). С. 119–124. Дои:10.1016 / b978-0-323-07446-9.00014-3. ISBN  9780323074469.
  9. ^ Энгелькинг Л.Р. (2015). «Глава 31 - Углеводный метаболизм в эритроцитах». Учебник ветеринарной физиологической химии (Третье изд.). С. 190–194. Дои:10.1016 / b978-0-12-391909-0.50031-1. ISBN  978-0-12-391909-0.
  10. ^ Шрамм В.Л., Грубмайер С. (2004). Механизмы и роль фосфорибозилтрансферазы в метаболизме нуклеиновых кислот. Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии. 78. С. 261–304. Дои:10.1016 / s0079-6603 (04) 78007-1. ISBN  9780125400787. PMID  15210333.
  11. ^ Ingle RA (январь 2011 г.). «Биосинтез гистидина». Книга об арабидопсисе. 9: e0141. Дои:10.1199 / таб.0141. ЧВК  3266711. PMID  22303266.
  12. ^ Эванс WR, Сан-Пьетро А (январь 1966 г.). «Фосфоролиз аденозиндифосфорибозы». Архивы биохимии и биофизики. 113 (1): 236–44. Дои:10.1016/0003-9861(66)90178-0. PMID  4287446.
  13. ^ Вамелинк М.М., Грюнинг Н.М., Янсен Э.Е., Блюмлейн К., Лехрах Х., Якобс С., Ральсер М. (сентябрь 2010 г.). «Разница между редким и исключительно редким: молекулярная характеристика дефицита рибозо-5-фосфат-изомеразы». Журнал молекулярной медицины. 88 (9): 931–9. Дои:10.1007 / s00109-010-0634-1. HDL:1871/34686. PMID  20499043.
  14. ^ Huck JH, Verhoeven NM, Struys EA, Salomons GS, Jakobs C, van der Knaap MS (апрель 2004 г.). «Дефицит рибозо-5-фосфат-изомеразы: новая врожденная ошибка пентозофосфатного пути, связанная с медленно прогрессирующей лейкоэнцефалопатией». Американский журнал генетики человека. 74 (4): 745–51. Дои:10.1086/383204. ЧВК  1181951. PMID  14988808.
  15. ^ Хименес RT, Пуиг Дж. Г. (2012). «Пуриновый метаболизм в патогенезе гиперурикемии и врожденные ошибки пуринового метаболизма, связанные с заболеванием». Подагра и другие кристаллические артропатии. С. 36–50. Дои:10.1016 / b978-1-4377-2864-4.10003-х. ISBN  978-1-4377-2864-4.
  16. ^ Ичида К., Хосоямада М., Хосоя Т., Эндоу Х. (2009). «Первичная метаболическая и почечная гиперурикемия». Генетические заболевания почек. С. 651–660. Дои:10.1016 / b978-0-12-449851-8.00038-3. ISBN  978-0-12-449851-8.
  17. ^ Певица HS, Mink JW, Gilbert DL, Jankovic J (2010). «Наследственные метаболические нарушения, связанные с экстрапирамидными симптомами». Двигательные расстройства в детстве. С. 164–204. Дои:10.1016 / B978-0-7506-9852-8.00015-1. ISBN  978-0-7506-9852-8.