Pentose fosfaat shunt

Laatste bijwerking : 2021.11.19

Pentose Phosphate Pathway (PPP)

of Hexose Mono Fosfaat Shunt (HMPS)

De pentose fosfaat shunt is een van de voornaamste metabolisatiewegen van glucose in pyruvaat. Het proces heeft plaats in het cytoplasma en vormt een alternatieve route in het glucose-metabolisme. De PPP pathway vormt verder de shunt tussen het vet- en het koolhydraat metabolisme : de shunt levert de NADH's nodig voor de vetzuuropbouw in het cytoplasma.

De eerste stap is gemeenschappelijk met de glycolyse. Dit proces shunt (leidt om) dus de glycolyse via bepaalde van zijn hexose-monofosfaat-tussenproducten. Het Glucose-6P is immers het substraat van zowel de Pentose Fosfaat Shunt als van de glycolyse ; de keuze tussen beide wegen hangt af van de noden van de cellen op gebied van energiebehoeften (ATP) en van biosynthetische precursoren (NADPH en ribose-5 fosfaat).

De pentose fosfaat shunt bestaat uit 2 delen :

- een onomkeerbaar oxidatief gedeelte
- een omkeerbaar niet oxidatief gedeelte

Deze metabolisatieweg is zeer actief in de gliaweefsels (steunweefsel van het zenuwstelsel), myelineschede, kraakbeen, bloedvaatwanden en bloedhersenbarrière. Deze weefsels zijn voor hun bestaan, assimilatie en functie afhankelijk van de PPP shunt en weerstaan aan elk gebrek aan zuurstofaanvoer (hypoxie) via de rode bloedcellen.

Overzicht inhoud :

Doel van de shunt

Nut van de shunt

Regulatie van de shunt

Interrelaties tussen de PPP en de glycolyse

Praktisch

Inhoud :

Doel van deze shunt :

Het doel van deze cyclus is de productie in het cytosol van het ribose 5-fosfaat uit :

1 molecule Glucose-6-fosfaat ---> via het 5-G6P dehydrogenase (G6PD) ---> 1 molecule ribose-5-fosfaat

voor het verder aanmaken van :

1. - pentosen (via de niet-oxidatieve synthesefase):
  - - ribose (R5P) is een pentose voor het aanmaken van nucleotiden, nucleïnezuren en coënzymen : ATP, ITP (inosinetrifosfaat of IP3), GTP, DNA, RNA, NAD⁺, FAD, CoA ...
    - ribose is ook een directe voorloper van de purinesynthese (adenosine, guanosine..., inosine is zo'n ribose met adenine).

1. - 2 moleculen NADPH (via de oxidatieve synthesefase) nodig
  - - in de reductieve biosynthese van vele lichaamsstoffen : vooral de vetzuur- en de steroïd-biosynthese hebben veel NADPH nodig. Het is een oxidatie/reductie reactie waarbij Glucose-6-fosfaat (G6P) elektronen afstaat en NADP⁺ (vit. B3) deze opneemt en wordt omgezet in NADPH via het G6P-dehydrogenase (G6PD).
    - in de RBC waar NADPH gebruikt wordt om de antioxidant Glutathion (GSH) te regenereren.

Ribose wordt in het organisme dus aangemaakt uit glucose/glycogeen als één van de talrijke glycolytische metabolieten van de glycolyse-pathway. Ribose wordt vervolgens in talrijke belangrijke macromoleculen ingebouwd als een structuurcomponent.

Nut van deze shunt :

Deze cyclus wordt ingeschakeld als er behoefte is aan NADPH en/of ribose. Hierdoor wordt het reducerend vermogen van de cel in stand gehouden.

- Het G6PD enzym is verantwoordelijk voor het aanhouden van een voldoende voorraad NADPH :

1. - NADPH is nodig voor de (reductieve) synthese van vetzuren en cholesterol.
  - NADPH is ook verantwoordelijk voor de stabiliteit van het enzym catalase en zorgt voor het bestendigen van glutathion in zijn gereduceerde vorm (max. antioxidant-werking in RBC).

- Daar deze 2 enzymen essentieel zijn voor het ontgiften van H₂O₂ in het organisme (waterstofperoxide is een zeer schadelijke stof voor de cel) is de werkzaamheid van het G6PD zeer belangrijk. Zonder NADPH wordt het H₂O₂ niet vernietigd en zal de cel afsterven.

G6PD deficiëntie, een X-chromosoom gebonden erfelijke aandoening of veroorzaakt door farmaca zoals antimalaria, piroxicam en sulfamiden leidt tot

1. 1. - hemolyse van de rode bloedcellen (RBC) (en dus tot ernstige hemolytische anemie)
    - daling van de glucose oxidatie (dus daling glycolyse) in de witte bloedcellen (WBC)
    - neonatale geelzucht (RBC gebruiken de reacties van de pentosefosfaatcyclus om ribose en vooral grote hoeveelheden NADPH te genereren nodig voor de reductie van glutathion)

Feitelijk gebeurt 30% van de glucose-oxidatie in de levercellen via de pentosefosfaatcyclus. Overmaat van tussenproducten kunnen via de gluconeogenese terug worden omgezet (recuperatie) naar Glucose 6P (via transketolase met TPP/vit B1/Mg) of kunnen, indien ATP nodig is, omgezet worden tot pyruvaat via de glycolyse en verder naar de citroenzuurcyclus.

---> Ribose wordt door lichaamscellen gebruikt als primaire bron van alle lichaamsenergie, nl ATP.

Regulatie :

De behoefte van de cel aan NADPH en pentosen is niet steeds gelijk!

Deze cyclus wordt op verschillende manieren gecontroleerd :

- in het onomkeerbaar oxidatief gedeelte :

1. - de dehydrogenase van Glucose 6-fosfaat is irreversibel : het wordt gecontroleerd door de verhouding NADPH/NADP⁺ :

1. 1. - bij weinig NADPH wordt de cyclus geactiveerd door een verhoging van de hoeveelheid NADP⁺

- in het omkeerbaar niet oxidatief gedeelte :

1. - de reversibele reactie wordt gecontroleerd door de producten van de reactie :

1. 1. - als er meer NADPH is dan ribose 5-fosfaat, dan wordt deze laatste omgezet in fructose 6-fosfaat en glyceraldehyde 3-fosfaat; deze worden terug omgezet in glucose 6-fosfaat om de PPP opnieuw te betreden.

1. 1. - als er meer ribose 5-fosfaat is dan NADPH, dan worden fructose 6-fosfaat en glyceraldehyde 3-fosfaat naar ribose 5-fosfaat veranderd.

Interrelaties tussen de PPP en de glycolyse :

1. De cel heeft NADPH en ribose 5-fosfaat nodig :

De pentose fosfaat shunt wordt gevolgd met het volgende resultaat :

Glucose-6 P (G6P) + 2 NADP⁺ + H₂O ---> ribose 5-P + NADPH + CO₂

1. De cel heeft meer ribose 5-P nodig dan NADPH :

Het G6P zal omgezet worden, via de glycolyse, in fructose 6-P en in glyceraldehyde 3-P ; deze tussenproducten worden dan verder verwerkt via het transaldolase en het transketolase in ribose 5-P met het volgende resultaat :

5 G6P + ATP ---> 6 Ribose 5-P + ADP

1. De cel heeft meer NADPH nodig dan ribose 5-P :

Het ribose 5-P zal worden omgezet in fructose 6-P en in glyceraldehyde 3-P ; deze producten worden dan verder omgezet in G6P via de gluconeogenese (op deze wijze wordt het equivalent van 1 molecule G6P volledig geoxideerd in CO₂ met gelijktijdige vrijstelling van NADPH), met het volgende resultaat :

G6P + 12 NADP⁺ + 6 H₂O ---> 6 CO₂ + 12 NADPH + PI

1. De cel heeft NADPH en ATP nodig maar geen ribose 5-P :

Deze gezamenlijke nood aan NADPH en ATP zorgt ervoor dat ribose 5-P wordt omgezet naar fructose 6-P en naar glyceraldehyde 3-P zoals in geval 3 ; zijn metabolieten zullen echter de glycolyse (en niet de gluconeogenese) volgen en uiteindelijk pyruvaat en vervolgens ATP opleveren via de citroenzuurcyclus met het volgende resultaat :

3 G6P + 6 NADP⁺ + 5 NAD⁺ + 5 Pi + 8 ADP ---> 5 pyruvaat + 3 CO₂ + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 2 H₂O

Zo worden de activiteiten van de PPP en de glycolyse op elkaar aangepast.

Praktisch :

De penthose-fosfaatshunt is nodig om extra ribose aan te maken, maar dit mechanisme werkt uiterst traag door de beperkte beschikbaarheid van het enzym G6PD. Extra ribose via supplementen daarentegen versnelt 3 tot 4x de productie van ATP tijdens/na een fysische inspanning met een sneller herstel en minder vermoeidheid als gevolg. Ingenomen vóór de inspanning zal extra ribose door de toename van ATP prestatiebevorderend werken.

Ribose werkt samen met creatine en CoQ10 (synergie). Zie ook : "Voeding en sport".

Orootzuur (of ook vitamine B13), een bestanddeel van melk (koe, geit, schaap maar ook in Molkosan°) of uit orotaten (meestal in complex met mineralen), wordt gemetaboliseerd via de PPP-shunt. Het orootzuur activeert het G6P-dehydrogenase en alzo de pentosefosfaatshunt en de pyrimidine synthese tot UMP (uridinemonofosfaat) dat nodig is voor de inbouw in RNA (activatie van de eiwitsynthese in de bloedvaatwanden, hartweefsel).

G6P ---> G6P dehydrogenase ---> ribulose 5P

UMP + ribulose 5P ---> RNA inbouw van Uracil

Wij hebben dus orotaten nodig.