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.
	Chemický portál

Nezamieňať s heslom riboflavín-5'-fosfát.

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

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

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

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

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

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

Pozri aj: Metabolizmus pyrimidínov a Metabolizmus purínov

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

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

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

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

↑ ŠKÁRKA, Bohumil; FERENČÍK, Miroslav. Biochémia. 3. vyd. : , 1992. ISBN 80-05-01076-1.
↑ The Synthesis of Ribose-5-Phosphoric Acid. Journal of Biological Chemistry, February 1934, s. 299–306. Dostupné online.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f BERG, Jeremy M.; TYMOCZKO, John L.; STRYER, Lubert. Biochemistry. 7th. vyd. : W.H. Freeman, 2015. ISBN 978-1-4292-7635-1. S. 589–613.
↑ The oxidative pentose phosphate pathway: structure and organisation. Current Opinion in Plant Biology, June 2003, s. 236–46. DOI: 10.1016/s1369-5266(03)00039-6. PMID 12753973.
↑ 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. DOI: 10.1016/s0969-2126(02)00933-4. PMID 12517338.
↑ COLEMAN, James P.; SMITH, C. Jeffrey. X Pharm: The Comprehensive Pharmacology Reference. : , 2007. ISBN 9780080552323. DOI:10.1016/b978-008055232-3.60227-2 S. 1–6.
↑ IUPAC Compendium of Chemical Terminology. : International Union of Pure and Applied Chemistry, 2009. ISBN 978-0-9678550-9-7. DOI:10.1351/goldbook.n04255 Nucleotides.
↑ ENGELKING, Larry R.. Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. Third. vyd. : , 2015. ISBN 978-0-12-391909-0. DOI:10.1016/b978-0-12-391909-0.50015-3 Purine Biosynthesis, s. 88–92.
↑ ^a ^b ^c PELLEY, John W.. Elsevier's Integrated Review Biochemistry. 2nd. vyd. : , 2011. ISBN 9780323074469. DOI:10.1016/b978-0-323-07446-9.00014-3 Purine, Pyrimidine, and Single-Carbon Metabolism, s. 119–124.
↑ Structural biology of the purine biosynthetic pathway. Cellular and Molecular Life Sciences, 2008, s. 3699–3724. DOI: 10.1007/s00018-008-8295-8.
↑ ENGELKING, Larry R.. Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. Third. vyd. : , 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.
↑ SCHRAMM, Vern L; GRUBMEYER, Charles. Phosphoribosyltransferase Mechanisms and Roles in Nucleic Acid Metabolism. : , 2004. ISBN 9780125400787. DOI:10.1016/s0079-6603(04)78007-1 S. 261–304.
↑ ^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.
↑ R. Caspi. Pathway: L-histidine biosynthesis online. MetaCyc Metabolic Pathway Database, 2008-10-10. Dostupné online.
↑ Histidine biosynthesis in plants. Amino Acids, 2006, s. 127–142. DOI: 10.1007/s00726-005-0247-0. PMID 16547652.
↑ Histidine biosynthesis. The Arabidopsis Book, January 2011, s. e0141. DOI: 10.1199/tab.0141. PMID 22303266.
↑ C.A. Fulcher. Pathway: L-tryptophan biosynthesis online. MetaCyc Metabolic Pathway Database, 2010-02-12. Dostupné online.
↑ Evolution of a Biosynthetic Pathway: The Tryptophan Paradigm. Annual Review of Microbiology, 1989, s. 567–600. DOI: 10.1146/annurev.mi.43.100189.003031. PMID 2679363.
↑ Phosphorolysis of adenosine diphosphoribose. Archives of Biochemistry and Biophysics, January 1966, s. 236–44. DOI: 10.1016/0003-9861(66)90178-0. PMID 4287446.
↑ 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. DOI: 10.1007/s00109-010-0634-1. PMID 20499043.
↑ 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. DOI: 10.1086/383204. PMID 14988808.
↑ 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.
↑ 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.
↑ 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.

Zdrojupraviť | upraviť zdroj

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

Zdroj:
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.

[:3-1] ŠKÁRKA, Bohumil; FERENČÍK, Miroslav. Biochémia. 3. vyd. : , 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.

[Berg_2015-3] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f BERG, Jeremy M.; TYMOCZKO, John L.; STRYER, Lubert. Biochemistry. 7th. vyd. : 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. DOI: 10.1016/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. DOI: 10.1016/s0969-2126(02)00933-4. PMID 12517338.

[6] COLEMAN, James P.; SMITH, C. Jeffrey. X Pharm: The Comprehensive Pharmacology Reference. : , 2007. ISBN 9780080552323. DOI:10.1016/b978-008055232-3.60227-2 S. 1–6.

[7] IUPAC Compendium of Chemical Terminology. : 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. : , 2015. ISBN 978-0-12-391909-0. DOI:10.1016/b978-0-12-391909-0.50015-3 Purine Biosynthesis, s. 88–92.

[Pelley_2011-9] PELLEY, John W.. Elsevier's Integrated Review Biochemistry. 2nd. vyd. : , 2011. ISBN 9780323074469. DOI:10.1016/b978-0-323-07446-9.00014-3 Purine, Pyrimidine, and Single-Carbon Metabolism, s. 119–124.

[Zhang-10] Structural biology of the purine biosynthetic pathway. Cellular and Molecular Life Sciences, 2008, s. 3699–3724. DOI: 10.1007/s00018-008-8295-8.

[11] ENGELKING, Larry R.. Textbook of Veterinary Physiological Chemistry. Third. vyd. : , 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. : , 2004. ISBN 9780125400787. DOI:10.1016/s0079-6603(04)78007-1 S. 261–304.

[:0-13] 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. DOI: 10.1007/s00726-005-0247-0. PMID 16547652.

[16] Histidine biosynthesis. The Arabidopsis Book, January 2011, s. e0141. DOI: 10.1199/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. DOI: 10.1146/annurev.mi.43.100189.003031. PMID 2679363.

[19] Phosphorolysis of adenosine diphosphoribose. Archives of Biochemistry and Biophysics, January 1966, s. 236–44. DOI: 10.1016/0003-9861(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. DOI: 10.1007/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. DOI: 10.1086/383204. 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]