Quelltext der Seite Pentosephosphat-Zyklus

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''Synonyme: Pentosephosphat-Weg, Pentosephosphat-Shunt, Hexosemonophosphat-Zyklus, Warburg-Dickens-Horecker-Zyklus<br>
'''''Englisch''': pentose phosphate cycle

==Definition==
Der '''Pentosephosphat-Zyklus''' ist ein von der [[Glucose]] ausgehender, der [[Glykolyse]] teilweise parallel geschalteter Stoffwechselweg, der verschiedenen Funktionen dient: <br>
Zum einen werden Pentosephosphate (besonders [[Ribose]]-5-Phosphat) für die Synthese von [[Nukleotid]]en bereitgestellt, zum anderen werden [[Redox-Äquivalent]]e in Form von [[NADPH]] geschaffen, die in anderen Teilreaktionen des Stoffwechsels benötigt werden.

==Reaktionen des Pentosephosphat-Zyklus==
Der Pentosephosphat-Zyklus besteht aus zwei Abschnitten: In einer ersten Phase wird Glucose unter Bildung von NADPH [[Oxidation|oxidiert]] und Ribulose-5-Phosphat gebildet; im zweiten Teil des Zyklus werden über Isomerisierungs- und Transfer-Reaktionen verschiedene [[Monosaccharid]]e hergestellt; die nicht benötigten Zucker können wieder in Glucose überführt werden und stehen damit wieder zur Glykolyse oder anderen Stoffwechselschritten des Organismus bereit. <br>
Die Teilreaktionen im zweiten Abschnitt des Pentosephosphat-Zyklus sind reversibel, so dass auch ohne ein ausreichendes Vorliegen aller für den Zyklus notwendigen Enzyme (Anmerkung: das ist beispielsweise in der [[Skelettmuskulatur]] der Fall) Pentosen gebildet werden können. Der Pentosephosphatweg läuft dann praktisch rückwärts.

===Oxidation von Glucose-6-Phosphat===
Im ersten Schritt des Pentosephosphat-Zyklus wird in [[Halbacetal]]form vorliegendes [[Glucose-6-Phosphat]] durch das Enzym ''[[Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase]]'' zu 6-Phospho-Gluconolacton oxidiert, und im Gegenzug wird [[NADP]]+ zu [[NADPH]] [[Reduktion|reduziert]]. <br>
Diese Reaktion setzt darüber hinaus die Anwesenheit zweiwertiger [[Kation]]en voraus.
* '''''Anmerkung''': Der erste Schritt des Zyklus ist aufgrund seines [[exergonisch]]en Charakters physiologischerweise irreversibel.''
Das nun vorliegende [[Lakton]] wird unter Verbrauch von Wasser durch das Enzym ''6-Phospho-Gluconolacton-Hydrolase'' ([[Lactonase]]) gespalten, es entsteht [[6-Phosphogluconat]].

===Oxidation von 6-Phospho-Gluconat===
In einer weiteren Oxidation wird 6-Phospho-Gluconat mit Hilfe der ''6-Phosphogluconat-Dehydrogenase'' in 3-Keto-6-Phospho-Gluconat umgewandelt, das spontan zu [[Ribulose-5-Phosphat]] [[Decarboxylierung|decarboxyliert]]. Die hierbei freiwerdenden Energie wird wiederum in Form von NADPH fixiert.
* '''''Anmerkung''': Auch dieser Schritt ist praktisch irreversibel.''

===Isomerisierungen von Ribulose-5-Phosphat===
Das im ersten Schenkel des Pentosephosphat-Zyklus entstandene Ribulose-5-Phosphat fließt nun in zwei Reaktionen des zweiten Abschnittes:<br>
Zum einen wird das Molekül mit Hilfe der ''Ribulose-5-Phosphat-Epimerase'' in die [[epimer]]e Substanz [[Xylulose-5-Phosphat]] umgewandelt, zum anderen entsteht unter dem Einfluss des Enzyms ''Ketopentose-5-Phosphat-Isomerase'' [[Ribose-5-Phosphat]], das für den Aufbau von [[Nukleotid]]en verwendet werden kann.

===Bildung von Sedoheptulose-7-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-Phosphat===
Xylulose-5-Phosphat wird unter dem Einfluss der ''[[Transketolase]]'' in [[Glycerinaldehyd-3-Phosphat]] und einen Glykolaldehyd-Rest gespalten, der auf den Cofaktor des Enzyms, [[Thiaminpyrophosphat]] übertragen wird. Die so aktivierte C<sub>2</sub>-Gruppe wird von der Transketolase auf Ribose-5-Phosphat übertragen, wobei [[Sedoheptulose-7-Phosphat]] entsteht. 

===Bildung von Erythrose-4-Phosphat und Fructose-6-Phosphat===
Durch das Enyzm ''[[Transaldolase]]'' werden die Kohlenstoffatome C<sub>1</sub> bis C<sub>3</sub> der Sedoheptulose auf das Glycerinaldehyd-3-Phosphat übertragen, so dass  [[Fructose-6-Phosphat]] und [[Erythrose-4-Phosphat]] entstehen.
* '''''Anmerkung''': Als eines der Produkte des Pentosephosphat-Zyklus kann Fructose-6-Phosphat in die Glykolyse eingebracht oder wieder in Glucose-6-Phosphat überführt werden, um für einen erneuten Durchlauf des Pentosephosphatweges zur Verfügung zu stehen.''

===Bildung von Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-Phosphat===
Das verbleibende Erythrose-4-Phosphat reagiert mit einem weiteren durch Thiaminpyrophosphat aktivierten Molekül Glykolaldehyd, das aus Xylulose-5-Phosphat mit Hilfe der ''Transketolase'' gebildet wurde; es entstehen ein weiteres Molekül Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-Phosphat.
* '''''Anmerkung''': Auch die in diesem enzymatischen Schritt entstehenden Moleküle können der Glykolyse zugeführt oder für einen erneuten Pentosephosphat-Zyklus verwendet werden.

==Regulation des Pentosephosphat-Zyklus==
Die Regulation des Pentosephosphat-Zyklus erfolgt vorwiegend über die beiden am Anfang des Stoffwechselweges stehenden oxidativen Enzyme ''Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase'' und ''6-Phosphogluconat-Dehydrogenase'' ([[Schrittmacherenzym]]e). NADPH und [[Acetyl-CoA]] hemmen die Enzyme, NADP+ steigert den metabolischen Umsatz. <br>
Insulin wird eine transkriptionsfördernde Aktivität auf die Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase zugeschrieben, so dass unter Insulineinfluss die Aktivität des Pentosephosphatweges erhöht ist.

==Physiologische Bedeutung des Pentosephosphat-Zyklus==
Der Pentosephosphat-Zyklus läuft vorwiegend in den Geweben ab, die [[NADPH]] benötigen. Da das Molekül zur [[zytosolisch]]en Synthese von [[Fettsäure]]n benötigt wird, findet sich eine starke Aktivität des Zyklus in [[Hepatozyt]]en und [[Adipozyt]]en sowie in Drüsenzellen der laktierenden [[Mamma]]. <br>
[[Erythrozyt]]en benötigen NADPH zur Reduktion von [[Glutathion]], auch sie verwenden den Pentosephosphatweg. Daneben finden sich Enzyme des Zyklus in [[Leydig-Zelle]]n des [[Testis]] und den endokrinen Zellen der [[Nebennierenrinde]], die an der Steroidsynthese beteiligt sind: Auch hierfür wird NADPH benötigt. <br>
In anderen Geweben, die die Pentosephosphate für die Synthese von Nukleotiden benötigen, läuft üblicherweise der zweite Schenkel des Zyklus "rückwärts" ab.

==Pathophysiologie==
Bei Defekten der Enzyme des Pentosephosphat-Zyklus kann nicht mehr in ausreichender Menge NADPH bereitgestellt werden. Dieser Mangel äußert sich besonders bei oxidativem Stress in einer [[Hämolyse]], da das oxidierte Glutathion nicht mehr reduziert werden kann. Am häufigsten betroffen ist dabei die Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase; das zugehörige Krankheitsbild wird als [[Favismus]] bezeichnet. Da diese Erkrankung ein Selektionsvorteil in Endemiegebieten der [[Malaria]] ist, finden sich die X-chromosomal vererblichen Enzymdefekte vorwiegend in den Ländern des Mittelmeerraumes.<br>

Bei Diabetes mellitus ist die Aktivität des Pentosephosphatweges gehemmt.
[[Fachgebiet:Biochemie]]
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