Рибозо-5-фосфат
Химическое соединение
Рибозо-5-фосфат
Имена
Название ИЮПАК
5- О -Фосфоно- D -рибоза
Другие имена
Рибозо-5-фосфат
Идентификаторы
  • 4300-28-1 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ЧЭБИ
  • ЧЕБИ:58273 проверятьИ
ChemSpider
  • 70368 ☒Н
Информационная карта ECHA100.022.101
МеШрибозо-5-фосфат
CID PubChem
  • 77982
УНИИ
  • 4B2428FLTO проверятьИ
  • DTXSID10897600
  • InChI=1S/C5H11O8P/c6-1-3(7)5(9)4(8)2-13-14(10,11)12/h1,3-5,7-9H,2H2,(H2,10 ,11,12)/t3-,4+,5-/м0/с1 ☒Н
    Ключ: PPQRONHOSHZGFQ-LMVFSUKVSA-N ☒Н
  • InChI=1/C5H11O8P/c6-1-3(7)5(9)4(8)2-13-14(10,11)12/h1,3-5,7-9H,2H2,(H2,10 ,11,12)/t3-,4+,5-/м0/с1
    Ключ: PPQRONHOSHZGFQ-LMVFSUKVBC
  • C([C@H]([C@H]([C@H](C=O)O)O)O)OP(=O)(O)O
Характеристики
С 5 Н 11 О 8 П
Молярная масса230.110
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Рибозо-5-фосфат ( R5P ) является как продуктом, так и промежуточным продуктом пентозофосфатного пути . Последним этапом окислительных реакций в пентозофосфатном пути является образование рибулозо-5-фосфата . В зависимости от состояния организма рибулозо-5-фосфат может обратимо изомеризоваться в рибозо-5-фосфат. Рибулозо-5-фосфат может альтернативно подвергаться серии изомеризаций, а также трансальдолированиям и транскетолированиям, которые приводят к образованию других пентозофосфатов, а также фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата (оба являются промежуточными продуктами гликолиза ).

Фермент рибозофосфатдифосфокиназа превращает рибозо-5-фосфат в фосфорибозилпирофосфат .

Структура

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

R5P состоит из пятиуглеродного сахара , рибозы и фосфатной группы в пятом положении углерода. Он может существовать в форме открытой цепи или в форме фуранозы . Фуранозная форма чаще всего упоминается как рибозо-5-фосфорная кислота. [1]

Биосинтез

Образование R5P в значительной степени зависит от роста клеток и потребности в НАДФН ( никотинамидадениндинуклеотидфосфат ), R5P и АТФ ( аденозинтрифосфат ). Образование каждой молекулы контролируется потоком глюкозо-6-фосфата (G6P) в двух различных метаболических путях: пентозофосфатном пути и гликолизе. Связь между двумя путями можно исследовать с помощью различных метаболических ситуаций. [2]

Пентозофосфатный путь

Превращение рибозо-5-фосфатной формы с открытой цепью в фуранозную форму.

R5P вырабатывается в пентозофосфатном пути во всех организмах. [2] Пентозофосфатный путь (PPP) — это метаболический путь, который идет параллельно гликолизу. Он является важнейшим источником для генерации NADPH для восстановительного биосинтеза [3] (например, синтез жирных кислот ) и пентозных сахаров. Путь состоит из двух фаз: окислительной фазы, которая генерирует NADPH, и неокислительной фазы, которая включает взаимопревращение сахаров. В окислительной фазе PPP две молекулы NADP+ восстанавливаются до NADPH посредством преобразования G6P в рибулозо-5-фосфат (Ru5P). В неокислительной фазе PPP Ru5P может быть преобразован в R5P посредством катализа ферментом рибозо-5-фосфат-изомеразой . [4]

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

Когда потребность в НАДФН и Р5Ф сбалансирована, Г6Ф образует одну молекулу Ру5Ф через ПФП, генерируя две молекулы НАДФН и одну молекулу Р5Ф. [2]

Гликолиз

Когда требуется больше R5P, чем NADPH, R5P может быть образован через гликолитические промежуточные продукты. Глюкозо-6-фосфат преобразуется во фруктозо-6-фосфат (F6P) и глицеральдегид-3-фосфат (G3P) во время гликолиза . Транскетолаза и трансальдолаза преобразуют две молекулы F6P и одну молекулу G3P в три молекулы R5P. [2] Во время быстрого роста клеток для синтеза нуклеотидов и жирных кислот необходимы большие количества R5P и NADPH соответственно. Гликолитические промежуточные продукты могут быть перенаправлены в неокислительную фазу PPP путем экспрессии гена изофермента пируваткиназы , PKM. PKM создает узкое место в гликолитическом пути, позволяя PPP использовать промежуточные продукты для синтеза NADPH и R5P. Этот процесс дополнительно активируется ингибированием триозофосфатизомеразы фосфоенолпируватом , субстратом PKM. [2]

Функция

R5P и его производные служат предшественниками многих биомолекул, включая ДНК , РНК , АТФ, кофермент А , ФАД ( флавинадениндинуклеотид ) 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 пуриновое , либо пиримидиновое азотистое основание. Все промежуточные продукты в биосинтезе пуринов построены на «каркасе» R5P. [7] R5P также служит важным предшественником синтеза пиримидиновых рибонуклеотидов.

Во время биосинтеза нуклеотидов R5P активируется рибозофосфатдифосфокиназой (PRPS1) с образованием фосфорибозилпирофосфата (PRPP). Образование PRPP необходимо как для синтеза пуринов de novo , так и для пути утилизации пуринов . [8] Путь синтеза de novo начинается с активации R5P в PRPP, который позже катализируется с образованием фосфорибозиламина , предшественника нуклеотидов. Во время пути утилизации пуринов [9] фосфорибозилтрансферазы добавляют PRPP к основаниям. [10]

Активация рибозо-5-фосфата в фосфорибозилпирофосфат с помощью рибозофосфатдифосфокиназы.

PRPP также играет важную роль в синтезе пиримидиновых рибонуклеотидов. На пятом этапе синтеза пиримидиновых нуклеотидов PRPP ковалентно связывается с оротатом в положении углерода в одной позиции на рибозной единице. Реакция катализируется оротатфосфорибозеилтрансферазой (трансферазой PRPP), что приводит к образованию оротидинмонофосфата (OMP). [8]

Биосинтез гистидина

Гистидин является незаменимой аминокислотой, которая не синтезируется de novo у людей. Как и в случае с нуклеотидами, биосинтез гистидина инициируется преобразованием R5P в PRPP. Этап биосинтеза гистидина представляет собой конденсацию АТФ и PRPP с помощью АТФ-фосфорибозилтрансферазы , фермента, определяющего скорость. Биосинтез гистидина тщательно регулируется ингибированием по принципу обратной связи/ [11]

Другие функции

R5P может быть преобразован в аденозиндифосфат рибозу , которая связывает и активирует ионный канал TRPM2 . Реакция катализируется рибозо-5-фосфатаденилилтрансферазой [12]

Актуальность заболевания

Заболевания связаны с дисбалансом R5P в клетках. Рак и опухоли демонстрируют повышенную выработку R5P, коррелирующую с повышенным синтезом РНК и ДНК. [2] Дефицит рибозо-5-фосфатизомеразы , самое редкое заболевание в мире, [13] [14] также связан с дисбалансом R5P. Хотя молекулярная патология заболевания плохо изучена, гипотезы включали снижение синтеза РНК. Другое заболевание, связанное с R5P, — подагра . [15] Более высокие уровни G6P приводят к накоплению гликолитических промежуточных продуктов, которые направляются на производство R5P. R5P преобразуется в PRPP, что вызывает перепроизводство пуринов, что приводит к накоплению мочевой кислоты . [8]

Накопление PRPP наблюдается при синдроме Леша-Нихана . [16] Накопление вызвано дефицитом фермента гипоксантин -гуанинфосфорибозилтрансферазы (HGPRT), что приводит к снижению синтеза нуклеотидов и увеличению выработки мочевой кислоты.

Сверхактивность PRPS1 , фермента, катализирующего превращение R5P в PRPP, также связана с подагрой, а также с нарушением развития нервной системы и нейросенсорной глухотой. [17]

Ссылки

  1. ^ Levene PA, Stiller ET (февраль 1934). «Синтез рибозо-5-фосфорной кислоты». Журнал биологической химии . 104 (2): 299– 306. doi : 10.1016/S0021-9258(18)75766-9 .
  2. ^ abcdef Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2015). Биохимия (7-е изд.). У. Х. Фриман. стр.  589–613 . ISBN. 978-1-4292-7635-1.
  3. ^ Kruger NJ, von Schaewen A (июнь 2003 г.). «Окислительный пентозофосфатный путь: структура и организация». Current Opinion in Plant Biology . 6 (3): 236– 46. doi :10.1016/s1369-5266(03)00039-6. PMID  12753973.
  4. ^ Zhang R, Andersson CE, Savchenko A, Skarina T, Evdokimova E, Beasley S, Arrowsmith CH, Edwards AM, Joachimiak A, Mowbray SL (январь 2003 г.). «Структура рибозо-5-фосфатизомеразы Escherichia coli: повсеместно распространенный фермент пентозофосфатного пути и цикла Кальвина». Structure . 11 (1): 31– 42. doi :10.1016/s0969-2126(02)00933-4. PMC 2792023 . PMID  12517338. 
  5. ^ Coleman JP, Smith CJ (2007). X Pharm : The Comprehensive Pharmacology Reference . стр.  1– 6. doi : 10.1016/b978-008055232-3.60227-2. ISBN 9780080552323.
  6. ^ "Нуклеотиды". Сборник химических терминов ИЮПАК . Международный союз теоретической и прикладной химии. 2009. doi :10.1351/goldbook.n04255. ISBN 978-0-9678550-9-7.
  7. ^ Engelking LR (2015). «Биосинтез пуринов». Учебник ветеринарной физиологической химии (третье изд.). С.  88–92 . doi :10.1016/b978-0-12-391909-0.50015-3. ISBN 978-0-12-391909-0.
  8. ^ abc Pelley JW (2011). «Пурины, пиримидины и одноуглеродный метаболизм». Интегрированный обзор биохимии Elsevier (2-е изд.). С.  119– 124. doi :10.1016/b978-0-323-07446-9.00014-3. ISBN 9780323074469.
  9. ^ Engelking LR (2015). "Глава 31 — Метаболизм углеводов в эритроцитах". Учебник ветеринарной физиологической химии (третье изд.). С.  190–194 . doi :10.1016/b978-0-12-391909-0.50031-1. ISBN 978-0-12-391909-0.
  10. ^ Шрамм В. Л., Грубмейер К. (2004). Механизмы фосфорибозилтрансферазы и их роль в метаболизме нуклеиновых кислот . Т. 78. С.  261–304 . doi :10.1016/s0079-6603(04)78007-1. ISBN 9780125400787. PMID  15210333. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  11. ^ Ingle RA (январь 2011). "Биосинтез гистидина". The Arabidopsis Book . 9 : e0141. doi :10.1199/tab.0141. PMC 3266711 . PMID  22303266. 
  12. ^ Evans WR, San Pietro A (январь 1966). «Фосфоролиз аденозиндифосфорибозы». Архивы биохимии и биофизики . 113 (1): 236– 44. doi :10.1016/0003-9861(66)90178-0. PMID  4287446.
  13. ^ Wamelink MM, Grüning NM, Jansen EE, Bluemlein K, Lehrach H, Jakobs C, Ralser M (сентябрь 2010 г.). «Разница между редким и исключительно редким: молекулярная характеристика дефицита рибозо-5-фосфатизомеразы». Журнал молекулярной медицины . 88 (9): 931– 9. doi :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-фосфатизомеразы: новая врожденная ошибка в пентозофосфатном пути, связанная с медленно прогрессирующей лейкоэнцефалопатией». American Journal of Human Genetics . 74 (4): 745– 51. doi :10.1086/383204. PMC 1181951 . PMID  14988808. 
  15. ^ Хименес РТ, Пуч ДЖ (2012). «Пуринский обмен веществ в патогенезе гиперурикемии и врожденные ошибки пуринового обмена, связанные с заболеванием». Подагра и другие кристаллические артропатии . С.  36–50 . doi :10.1016/b978-1-4377-2864-4.10003-x. 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. doi :10.1016/b978-0-12-449851-8.00038-3. ISBN 978-0-12-449851-8.
  17. ^ Singer HS, Mink JW, Gilbert DL, Jankovic J (2010). «Наследственные метаболические нарушения, связанные с экстрапирамидными симптомами». Двигательные расстройства в детском возрасте . стр.  164–204 . doi :10.1016/B978-0-7506-9852-8.00015-1. ISBN 978-0-7506-9852-8.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Рибозо_5-фосфат&oldid=1242958577"