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ペントースリン酸経路（ホスホグルコン酸経路、ヘキソース一リン酸シャントまたはHMPシャントとも呼ばれる）は、解糖系と並行する代謝経路である。[1]この経路では、 NADPHとペントース（5炭素糖）のほか、ヌクレオチド合成の前駆体であるリボース5-リン酸が生成される。[1]ペントースリン酸経路はグルコースの酸化を伴っているが、その主な役割は異化ではなく同化である。この経路は赤血球で特に重要である。この経路の反応は、1950年代初頭にバーナード・ホレッカーと同僚らによって解明された。 [2] [3]
この経路には2つの異なる段階があります。1つ目はNADPHが生成される酸化段階、2つ目は5炭素糖の非酸化合成段階です。ほとんどの生物では、ペントースリン酸経路は細胞質で起こりますが、植物ではほとんどのステップがプラスチドで起こります。[4]
解糖系と同様に、ペントースリン酸経路は非常に古い進化の起源を持つようです。この経路の反応は、現代の細胞ではほとんどが酵素触媒されていますが、始生代の海洋を再現した条件下では非酵素的にも起こり、金属イオン、特に鉄イオン（Fe(II)）によって触媒されます。[5]これは、経路の起源が生命誕生前の世界にまで遡ることを示唆しています。
結果
この経路の主な結果は次のとおりです。
- 細胞内の還元生合成反応（例：脂肪酸合成）で使用される、NADPH の形での還元当量の生成。
- ヌクレオチドおよび核酸の合成に使用されるリボース 5-リン酸(R5P)の生成。
- 芳香族アミノ酸の合成に使用されるエリスロース4-リン酸（E4P）の製造。
芳香族アミノ酸は、木材のリグニンを含む多くの生合成経路の前駆体です。 [引用が必要]
核酸の消化から得られる食事性ペントース糖は、ペントースリン酸経路を通じて代謝され、食事性炭水化物の炭素骨格は解糖系/糖新生系中間体に変換される可能性があります。
哺乳類では、PPP は細胞質にのみ存在します。ヒトでは、肝臓、乳腺、副腎皮質で最も活発に活動することが分かっています。[引用が必要] PPP は、還元力を持つ分子を体内で生成する 3 つの主な方法の 1 つであり、ヒトの NADPH 生成の約 60% を占めています。[引用が必要]
細胞における NADPH の用途の 1 つは、酸化ストレスを防ぐことです。グルタチオン還元酵素を介してグルタチオンを還元し、グルタチオンペルオキシダーゼによって反応性 H 2 O 2を H 2 Oに変換します。この酵素がなければ、H 2 O 2 はフェントン化学によってヒドロキシルフリーラジカルに変換され、細胞を攻撃する可能性があります。たとえば、赤血球はペントースリン酸経路を介して大量の NADPH を生成し、グルタチオンの還元に使用します。
過酸化水素は、呼吸バーストと呼ばれるプロセスで食細胞でも生成されます。[6]
フェーズ
酸化段階
この段階では、グルコース-6-リン酸からリブロース5-リン酸への変換から得られるエネルギーを利用して、2分子のNADP +がNADPHに還元されます。
グルコース-6-リン酸（1）、6-ホスホグルコノ-δ-ラクトン（2）、6-ホスホグルコン酸（3）、リブロース5-リン酸（4）
反応全体を要約すると次のようになります。
このプロセスに対する全体的な反応は次のとおりです。
- グルコース6-リン酸 + 2 NADP + + H 2 O → リブロース5-リン酸 + 2 NADPH + 2 H + + CO 2
非酸化相
正味反応: 3 リブロース-5-リン酸 → 1 リボース-5-リン酸 + 2 キシルロース-5-リン酸 → 2 フルクトース-6-リン酸 + グリセルアルデヒド-3-リン酸
規制
グルコース-6-リン酸脱水素酵素は、この経路の速度制御酵素である[要出典]。NADP +によってアロステリックに刺激され、 NADPHによって強く阻害される。[7] NADPH：NADP +の比率は、酵素の制御の主なモードであり、肝臓の細胞質では通常約100：1である[要出典]。これにより、細胞質は高度に還元された環境になります。NADPH利用経路はNADP +を形成し、これがグルコース-6-リン酸脱水素酵素を刺激して、より多くのNADPHを生成します。このステップもアセチルCoAによって阻害されます。[要出典]
G6PD活性は翻訳後制御されており、細胞質脱アセチル化酵素SIRT2によっても制御されている。SIRT2を介したG6PDの脱アセチル化と活性化はPPPの酸化分岐を刺激し、細胞質NADPHを供給して酸化ダメージを打ち消したり、新たな脂肪生成をサポートしたりする。[8] [9]
赤血球
地中海およびアフリカ系の人々のマラリア原虫である熱帯マラリア原虫Plasmodium falciparumに対する抵抗性とは、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼの活性レベル（機能ではない）のいくつかの欠陥との関連が観察されている。この抵抗性の原因は、赤血球膜（赤血球は寄生虫の宿主細胞）の弱化であり、その結果、寄生虫のライフサイクルを生産的な成長に十分な期間維持できない可能性がある。[10]
参照
- G6PD欠損症– ペントースリン酸経路を阻害する遺伝性疾患
- RNA
- チアミン欠乏症
- フランク・ディケンズ FRS
参考文献
- ^ ab Alfarouk KO、Ahmed SB、 Elliott RL、et al. (2020). 「がんにおけるペントースリン酸経路のダイナミクスと細胞内pHへの依存性」。 代謝物。10 :285。doi : 10.3390/ metabo10070285。PMC 7407102。PMID 32664469。
- ^ Horecker BL, Smyrniotis PZ, Seegmiller JE (1951). 「6-ホスホグルコン酸からリブロース-5-リン酸およびリボース-5-リン酸への酵素的変換」J. Biol. Chem . 193 (1): 383–396. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . PMID 14907726.
- ^ Horecker BL (2002). 「ペントースリン酸経路」J. Biol. Chem . 277 (50): 47965–47971. doi : 10.1074/jbc.X200007200 . PMID 12403765.
- ^ Kruger NJ、von Schaewen A (2003 年 6 月)。「酸化的ペントースリン酸経路: 構造と組織」。Current Opinion in Plant Biology。6 ( 3): 236–246。Bibcode : 2003COPB ....6..236K。doi :10.1016/S1369-5266(03)00039-6。PMID 12753973 。
- ^ Keller MA、Turchyn AV、Ralser M (2014 年 4 月 25 日)。「あり 得る始生代の海洋における非酵素的解糖およびペントースリン酸経路のような反応」。分子システム生物学。10 (4): 725。doi : 10.1002 / msb.20145228。PMC 4023395。PMID 24771084。
- ^ MCG 1/cytotoxにおける免疫学
- ^ ヴォート・ドナルド、ヴォート・ジュディス・G (2011).生化学(第 4 版)。ジョン・ワイリー＆サンズ。 p. 894.ISBN 978-0-470-57095-1。
- ^ Wang YP、Zhou LS、Zhao YZ、Wang SW、Chen LL、Liu LX、Ling ZQ、Hu FJ、Sun YP、Zhang JY、Yang C、Yang Y、Xiong Y、Guan KL、Ye D (2014 年 6 月)。「SIRT2 および KAT9 による G6PD アセチル化の制御は、酸化ストレス時の NADPH 恒常性と細胞生存を調節する」。EMBO Journal。33 ( 12 ) : 1304–20。doi :10.1002/ embj.201387224。PMC 4194121。PMID 24769394。
- ^ Xu SN、Wang TS、Li X、Wang YP (2016 年 9 月)。「SIRT2 は G6PD を活性化して NADPH 産生を高め、白血病細胞の増殖を促進する」。Sci Rep . 6 : 32734。Bibcode : 2016NatSR...632734X。doi : 10.1038/ srep32734。PMC 5009355。PMID 27586085 。
- ^ Cappadoro M、Giribaldi G、O'Brien E、他 (1998 年 10 月)。「熱帯マラリア原虫 Plasmodium falciparum に寄生されたグルコース 6 リン酸脱水素酵素 (G6PD) 欠損赤血球の早期貪食が、G6PD 欠損におけるマラリア防御を説明する可能性がある」。Blood。92 ( 7 ) : 2527–34。doi : 10.1182/blood.V92.7.2527。PMID 9746794。
外部リンク
- ペントースリン酸経路の背後にある化学的論理
- 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のペントース + リン酸 + 経路
- ペントースリン酸経路マップ – ホモサピエンス