リボース5-リン酸

リボース5-リン酸
名前
	IUPAC名 5- O -ホスホノ- D -リボース
	その他の名前リボース5-リン酸
識別子
CAS番号	4300-28-1 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
チェビ	チェビ:58273 ;
ケムスパイダー	70368 ;
ECHA 情報カード	100.022.101
メッシュ	リボース-5-リン酸
パブケム CID	77982;
ユニ	4B2428FLTO ;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID10897600;
	InChI 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-/m0/s1 キー: PPQRONHOSHZGFQ-LMVFSUKVSA-N ; 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-/m0/s1 キー: PPQRONHOSHZGFQ-LMVFSUKVBC;
	笑顔 C([C@H]([C@H]([C@H](C=O)O)O)O)OP(=O)(O)O;
プロパティ
化学式	Ｃ5Ｈ11Ｏ8Ｐ
モル質量	230.110
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

リボース 5-リン酸( R5P ) は、ペントースリン酸経路の生成物であると同時に中間体でもあります。ペントースリン酸経路の酸化反応の最終段階は、リブロース 5-リン酸の生成です。体の状態に応じて、リブロース 5-リン酸は可逆的にリボース 5-リン酸に異性化します。リブロース 5-リン酸は、一連の異性化、アルドール転移、ケトン転移を経て、他のペントースリン酸、フルクトース 6-リン酸、グリセルアルデヒド 3-リン酸(どちらも解糖系の中間体) を生成します。

リボースリン酸ジホスホキナーゼ酵素は、リボース-5-リン酸をホスホリボシルピロリン酸に変換します。

構造

R5Pは、5炭素糖、リボース、および5位炭素のリン酸基で構成されています。開鎖型またはフラノース型で存在することができます。フラノース型は、一般的にリボース5-リン酸と呼ばれます。^[1]

生合成

R5Pの形成は、細胞の成長とNADPH（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸）、R5P、およびATP（アデノシン三リン酸）の必要性に大きく依存しています。各分子の形成は、ペントースリン酸経路と解糖という2つの異なる代謝経路におけるグルコース6リン酸（G6P）の流れによって制御されます。2つの経路の関係は、さまざまな代謝状況を通じて調べることができます。^[2]

ペントースリン酸経路

R5Pは、すべての生物においてペントースリン酸経路で生成されます。 ^[2]ペントースリン酸経路（PPP）は、解糖系と並行して実行される代謝経路です。これは、還元生合成^[3]（例：脂肪酸合成）およびペントース糖のためのNADPH生成の重要な源です。この経路は、NADPHを生成する酸化相と糖の相互変換を伴う非酸化相の2つの相で構成されています。PPPの酸化相では、 G6Pからリブロース5-リン酸（Ru5P）への変換を介して、2分子のNADP+がNADPHに還元されます。PPPの非酸化相では、Ru5Pはリボース-5-リン酸イソメラーゼ酵素触媒によってR5Pに変換されます。^[4]

NADPHとR5Pの需要が均衡すると、G6PはPPPを介して1つのRu5P分子を形成し、2つのNADPH分子と1つのR5P分子を生成します。^[2]

解糖

NADPHよりも多くのR5Pが必要な場合、解糖中間体を介してR5Pを形成することができる。グルコース6-リン酸は、解糖中にフルクトース6-リン酸（F6P）とグリセルアルデヒド3-リン酸（G3P）に変換される。トランスケトラーゼとトランスアルドラーゼは、2分子のF6Pと1分子のG3Pを3分子のR5Pに変換する。^{[2]急速な細胞増殖中は、ヌクレオチドと脂肪酸の合成にそれぞれより多くのR5PとNADPHが必要となる。解糖中間体は、}ピルビン酸キナーゼアイソザイムPKMの遺伝子発現によってPPPの非酸化相に転用することができる。PKMは解糖経路にボトルネックを作り、中間体がNADPHとR5Pを合成するためにPPPによって利用されることを可能にする。このプロセスは、PKMの基質であるホスホエノールピルビン酸によるトリオースリン酸イソメラーゼ阻害によってさらに可能になる。^[2]

関数

R5Pとその誘導体は、DNA、RNA、ATP、コエンザイムA、FAD（フラビンアデニンジヌクレオチド）、ヒスチジンなど、多くの生体分子の前駆体として機能します。^[5]

ヌクレオチド生合成

ヌクレオチドは核酸、DNA、RNAの構成要素として機能します。^[6]ヌクレオチドは窒素塩基、ペントース糖、および少なくとも1つのリン酸基で構成されています。ヌクレオチドにはプリンまたはピリミジン窒素塩基のいずれかが含まれます。プリン生合成の中間体はすべてR5P「足場」上に構築されます。^[7] R5Pはピリミジンリボヌクレオチド合成の重要な前駆体としても機能します。

ヌクレオチド生合成の過程で、R5Pはリボースリン酸ジホスホキナーゼ（PRPS1）によって活性化され、ホスホリボシルピロリン酸（PRPP）を形成する。PRPPの形成は、プリンの de novo 合成とプリン回収経路の両方に不可欠である。^[8] de novo 合成経路は、R5PのPRPPへの活性化から始まり、後に触媒されてヌクレオチド前駆体であるホスホリボシルアミンになる。プリン回収経路では、^[9]ホスホリボシルトランスフェラーゼが塩基にPRPPを付加する。^[10]

リボースリン酸ジホスホキナーゼによるリボース 5-リン酸のホスホリボシルピロリン酸への活性化。

PRPPはピリミジンリボヌクレオチド合成においても重要な役割を果たしている。ピリミジンヌクレオチド合成の第5段階では、PRPPはリボース単位の1位の炭素でオロチン酸に共有結合する。この反応はオロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ（PRPPトランスフェラーゼ）によって触媒され、オロチジン一リン酸（OMP）を生成する。^[8]

ヒスチジン生合成

ヒスチジンは必須アミノ酸であり、ヒトでは新規に合成されない。ヌクレオチドと同様に、ヒスチジンの生合成はR5PからPRPPへの変換によって開始される。ヒスチジン生合成のステップは、ATPとPRPPの縮合であり、これは速度決定酵素であるATPホスホリボシルトランスフェラーゼによるものである。ヒスチジン生合成はフィードバック阻害によって厳密に制御されている/ ^[11]

その他の機能

R5Pはアデノシン二リン酸リボースに変換され、 TRPM2イオンチャネルに結合して活性化する。この反応はリボース-5-リン酸アデニルトランスフェラーゼによって触媒される^[12]

疾患の関連性

細胞内のR5Pの不均衡は、病気と関連している。がんや腫瘍では、RNAとDNAの合成の増加と相関して、R5Pの産生が亢進している。^[2] 世界で最も稀な病気であるリボース5リン酸イソメラーゼ欠損症^[13]^[14]も、R5Pの不均衡に関連している。この病気の分子病理は十分に理解されていないが、仮説にはRNA合成の低下が含まれていた。R5Pに関連する別の病気は痛風である。^[15] G6Pレベルの上昇は、R5P産生に転用される解糖中間体の蓄積につながる。R5PはPRPPに変換され、プリンの過剰産生を強制し、尿酸の蓄積につながる。^[8]

PRPPの蓄積はレッシュ・ナイハン症候群でみられる。^[16]この蓄積は、ヒポキサンチン・グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ（HGPRT）酵素の欠乏によって引き起こされ、ヌクレオチド合成の減少と尿酸産生の増加につながる。

R5PからPRPPへの触媒作用を持つ酵素PRPS1の過剰活性は、痛風、神経発達障害、感音難聴とも関連していることが分かっています。^[17]

参考文献

^ Levene PA, Stiller ET (1934年2月). 「リボース-5-リン酸の合成」. Journal of Biological Chemistry . 104 (2): 299–306. doi : 10.1016/S0021-9258(18)75766-9 .
^ abcdef ベルグ JM、ティモツコ JL、ストリヤ L (2015).生化学(第 7 版)。 WHフリーマン。 589–613ページ。ISBN 978-1-4292-7635-1。
^ 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): 236–46。doi : 10.1016 /s1369-5266(03)00039-6。PMID 12753973 。
^ Zhang R、Andersson CE、Savchenko A、Skarina T、Evdokimova E、Beasley S、Arrowsmith CH、Edwards AM、Joachimiak A、Mowbray SL (2003 年 1 月)。「大腸菌リボース-5-リン酸イソメラーゼの構造: ペントースリン酸経路とカルビン回路の普遍的な酵素」。構造。11 ( 1 ): 31–42。doi :10.1016 / s0969-2126( 02 )00933-4。PMC 2792023。PMID 12517338。
^ Coleman JP 、 Smith CJ (2007)。X Pharm：包括的な薬理学の参考書。pp. 1–6。doi ：10.1016 / b978-008055232-3.60227-2。ISBN 9780080552323。
^ 「ヌクレオチド」。IUPAC化学用語集。国際純正応用化学連合。2009年。doi :10.1351/ goldbook.n04255。ISBN 978-0-9678550-9-7。
^ Engelking LR (2015). 「プリン生合成」。獣医生理化学教科書（第3版）。pp. 88–92。doi :10.1016 / b978-0-12-391909-0.50015-3。ISBN 978-0-12-391909-0。
^ abc Pelley JW (2011). 「プリン、ピリミジン、および一炭素代謝」。エルゼビアの統合レビュー生化学（第2版）。pp. 119–124。doi :10.1016 / b978-0-323-07446-9.00014-3。ISBN 9780323074469。
^ Engelking LR (2015). 「第31章赤血球の炭水化物代謝」獣医生理化学教科書（第3版） pp. 190–194. doi :10.1016/b978-0-12-391909-0.50031-1. ISBN 978-0-12-391909-0。
^ Schramm VL、Grubmeyer C (2004)。ホスホリボシルトランスフェラーゼのメカニズムと核酸代謝における役割。第78巻。pp. 261–304。doi : 10.1016/s0079-6603(04) 78007-1。ISBN 9780125400787. PMID 15210333。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)
^ Ingle RA (2011年1月). 「ヒスチジン生合成」. The Arabidopsis Book . 9 : e0141. doi :10.1199/tab.0141. PMC 3266711. PMID 22303266 .
^ Evans WR 、 San Pietro A（1966年1月）。「アデノシンジホスホリボースのリン酸分解」。生化学および生物物理学のアーカイブ。113 （1）：236–44。doi ：10.1016/0003-9861（66）90178-0。PMID 4287446。
^ Wamelink MM、Grüning NM、Jansen EE、Bluemlein K、Lehrach H、Jakobs C、Ralser M (2010 年 9 月)。「まれな疾患と非常にまれな疾患の違い: リボース 5-リン酸イソメラーゼ欠損の分子特性」。Journal of Molecular Medicine。88 ( 9): 931–9。doi :10.1007/s00109-010-0634-1。hdl : 1871 / 34686。PMID 20499043 。
^ Huck JH、Verhoeven NM、Struys EA、Salomons GS、Jakobs C、van der Knaap MS (2004 年 4 月)。「リボース-5-リン酸イソメラーゼ欠損症: 緩徐進行性白質脳症に関連するペントースリン酸経路の新たな先天異常」。American Journal of Human Genetics。74 ( 4 ): 745–51。doi :10.1086/383204。PMC 1181951。PMID 14988808。
^ Jiménez RT、Puig JG (2012)。「高尿酸血症の病因におけるプリン代謝と疾患に関連するプリン代謝の先天異常」痛風およびその他の結晶性関節症。pp. 36–50。doi :10.1016/b978-1-4377-2864-4.10003- x。ISBN 978-1-4377-2864-4。
^ Ichida K, Hosoyamada M, Hosoya T, Endou H (2009). 「原発性代謝性および腎性高尿酸血症」腎臓の遺伝性疾患pp. 651–660. doi :10.1016/b978-0-12-449851-8.00038-3. ISBN 978-0-12-449851-8。
^ Singer HS、Mink JW、Gilbert DL、Jankovic J (2010)。「錐体外 路症状を伴う遺伝性代謝障害」小児運動障害。pp. 164–204。doi :10.1016/ B978-0-7506-9852-8.00015-1。ISBN 978-0-7506-9852-8。

[1] Levene PA, Stiller ET (1934年2月). 「リボース-5-リン酸の合成」. Journal of Biological Chemistry . 104 (2): 299–306. doi : 10.1016/S0021-9258(18)75766-9 .

[Berg_2015-2] ベルグ JM、ティモツコ JL、ストリヤ L (2015).生化学(第 7 版)。 WHフリーマン。 589–613ページ。ISBN 978-1-4292-7635-1。

[3] 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): 236–46。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 (2003 年 1 月)。「大腸菌リボース-5-リン酸イソメラーゼの構造: ペントースリン酸経路とカルビン回路の普遍的な酵素」。構造。11 ( 1 ): 31–42。doi :10.1016 / s0969-2126( 02 )00933-4。PMC 2792023。PMID 12517338。

[5] ^ Coleman JP 、 Smith CJ (2007)。X Pharm：包括的な薬理学の参考書。pp. 1–6。doi ：10.1016 / b978-008055232-3.60227-2。ISBN 9780080552323。

[6] 「ヌクレオチド」。IUPAC化学用語集。国際純正応用化学連合。2009年。doi :10.1351/ goldbook.n04255。ISBN 978-0-9678550-9-7。

[7] Engelking LR (2015). 「プリン生合成」。獣医生理化学教科書（第3版）。pp. 88–92。doi :10.1016 / b978-0-12-391909-0.50015-3。ISBN 978-0-12-391909-0。

[Pelley_2011-8] Pelley JW (2011). 「プリン、ピリミジン、および一炭素代謝」。エルゼビアの統合レビュー生化学（第2版）。pp. 119–124。doi :10.1016 / b978-0-323-07446-9.00014-3。ISBN 9780323074469。

[9] Engelking LR (2015). 「第31章赤血球の炭水化物代謝」獣医生理化学教科書（第3版） pp. 190–194. doi :10.1016/b978-0-12-391909-0.50031-1. ISBN 978-0-12-391909-0。

[10] Schramm VL、Grubmeyer C (2004)。ホスホリボシルトランスフェラーゼのメカニズムと核酸代謝における役割。第78巻。pp. 261–304。doi : 10.1016/s0079-6603(04) 78007-1。ISBN 9780125400787. PMID 15210333。 {{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ)

[11] Ingle RA (2011年1月). 「ヒスチジン生合成」. The Arabidopsis Book . 9 : e0141. doi :10.1199/tab.0141. PMC 3266711. PMID 22303266 .

[12] ^ Evans WR 、 San Pietro A（1966年1月）。「アデノシンジホスホリボースのリン酸分解」。生化学および生物物理学のアーカイブ。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 (2010 年 9 月)。「まれな疾患と非常にまれな疾患の違い: リボース 5-リン酸イソメラーゼ欠損の分子特性」。Journal of Molecular Medicine。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 (2004 年 4 月)。「リボース-5-リン酸イソメラーゼ欠損症: 緩徐進行性白質脳症に関連するペントースリン酸経路の新たな先天異常」。American Journal of Human Genetics。74 ( 4 ): 745–51。doi :10.1086/383204。PMC 1181951。PMID 14988808。

[15] Jiménez RT、Puig JG (2012)。「高尿酸血症の病因におけるプリン代謝と疾患に関連するプリン代謝の先天異常」痛風およびその他の結晶性関節症。pp. 36–50。doi :10.1016/b978-1-4377-2864-4.10003- x。ISBN 978-1-4377-2864-4。

[16] Ichida K, Hosoyamada M, Hosoya T, Endou H (2009). 「原発性代謝性および腎性高尿酸血症」腎臓の遺伝性疾患pp. 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)。「錐体外 路症状を伴う遺伝性代謝障害」小児運動障害。pp. 164–204。doi :10.1016/ B978-0-7506-9852-8.00015-1。ISBN 978-0-7506-9852-8。