Pentoz Fosfat Yolu ve NADPH

Dosyayı isterseniz görüntüleyebilir isterseniz indirebilirsiniz.


GoogleDocs üzerinden indirmek için : İndir –Açılan sayfadan indirebilirsiniz–

Önizleme ;

 

PENTOZ FOSFAT YOLU  VE  NADPH

  1. GENEL BAKIŞ
Pentoz fosfat yolu (hekzos monofosfat yolu veya 6-fosfoglukonat yolu da denir) hücrenin sitozolünde bulunur.
Üç tersinmez reaksiyondan oluşur ve bunu bir seri tersinir şeker-fosfat dönüşümleri izler.
Döngüde direkt olarak ATP tüketilmez ve üretilmez.
Glukoz 6-fosfatın 1. karbonu CO2 olarak salınır ve yolun oksidatif bölümüne giren her glukoz 6-fosfattan iki NADPH oluşur.
Pentoz fosfat yolundaki tersinir reaksiyonların hızı ve yönü, siklüs araürünleri için olan gereksinime ve bunların miktarına bağlıdır.
Bu yol, biyokimyasal bir redüktan olarak görev yapan NADPH’ın başlıca üretildiği yerdir.
Aynı zamanda, nükleotid biyosentezinde gerekli riboz 5-fosfat da bu yolda sentezlenir.
Bir de, vücutta yapısal karbonhidratların yıkımı ile veya besinlerle gelen beş-karbonlu şekerlerin metabolik kullanımı için bir mekanizma sağlar.
  1. TERSİNMEZ OKSİDATİF REAKSİYONLAR
Pentoz fosfat yolunun oksidatif kısmı üç reaksiyondan oluşur. Bunların sonunda oksitlenen her glukoz 6-fosfat molekülünden ribuloz 5-fosfat, C02 ve iki molekül NADPH oluşur.
Yolun bu kısmı özellikle; yağ asidi biyosentezinin aktif olduğu karaciğer ve süt veren meme bezleri, NADPH bağımlı steroid sentezinin aktif olduğu adrenal korteks ve glutatyonu indirgenmiş halde tutmak için NADPH gereken eritrositlerde önemlidir.
HMY reaksiyonlarının enzimleri:
  1. Glukoz 6-fosfat dehidrogenaz ve
     6-fosfoglukonolakton hidrolaz
  1. 6-fosfoglukonat dehidrogenaz
  2. Riboz 5-fosfat izomeraz
  3. Fosfopentoz izomeraz
  4. ve 7. Transketolaz (koenzim: tiamin pirofosfat)
  5. Transaldolaz
  1. Glukoz 6-fosfatın dehidrojenasyonu
Glukoz 6-fosfat dehidrogenaz (G6PD) özgün olarak NADP+ nin koenzim olarak kullanıldığı bir reaksiyon ile glukoz 6-fosfatı,
    6-fosfoglukonolaktona tersinmez olarak okside eder.
Pentoz fosfat yolu primer olarak glukoz 6-fosfat dehidrogenaz basamağında düzenlenir.
NADPH enzimin potent kompetitif inhibitörüdür ve birçok metabolik durumda NADPH/NADP+oranı enzim aktivitesini belirgin şekilde inhibe edecek kadar yüksektir.
Ancak, NADPH kullanıldıkça NADPH/NADP+oranı düşer ve siklüs boyunca ilerleme glukoz 6-fosfat dehidrogenaz aktivitesindeki artışa cevap olarak hızlanır.
Tokluk durumunda, insülin, G6PD geninin ekspresyonunu hızlandırarak, bu yolun işleyişini artırır.
  1. Ribuloz 5-fosfatın oluşumu
6-fosfoglukonolakton,
  6-fosfoglukonolakton hidrolaz ile hidrolize edilir.
Reaksiyon tersinmezdir ve hız sınırlayıcı değildir.
Bunu takiben 6-fosfoglukonatın oksidatif dekarboksilasyonu 6-fosfoglukonat dehidrogenaz ile katalizlenir.
Bu tersinmez reaksiyon bir pentoz şeker-fosfat (ribuloz 5-fosfat), CO2 (glukozun 1. karbonundan) ve ikinci bir NADPH molekülünü oluşturur.
III. TERSİNİR NON-OKSİDATİF REAKSİYONLAR
Nükleotidlerin ve nükleik asitlerin sentezlendiği tüm hücrelerde, pentoz fosfat yolunun non-oksidatif reaksiyonları yer alır.
Bu reaksiyonlar üç-, dört-, beş-, altı-, ve yedi-karbonlu şekerlerin birbirlerine dönüşümlerini katalizler.
Bu tersinir reaksiyonlar ribuloz-5 fosfatın (yolun oksidatif kısmında sentezlenir) ya riboz 5-fosfata (nükleotid sentezi için gereklidir), veya glikoliz araürünleri olan fruktoz 6-fosfat ve gliseraldehit 3-fosfata dönüşmesini sağlar.
Örneğin, indigeyici biyosentetik reaksiyonların gerçekleştiği birçok hücrede, riboz 5-fosfat’dan daha çok NADPH’a gereksinim vardır.
Bu durumda transketolaz (iki-karbonlu birimleri transfer eder) ve transaldolaz (üç-karbonlu birimleri transfer eder), oksidatif reaksiyonların son ürünü olarak oluşan ribuloz 5-fosfatı, glikoliz araürünleri olan gliseraldehit 3-fosfat ve fruktoz 6-fosfata çevirir.
Buna karşın, ribozun nükleotid ve nükleik asitlerin yapısına katılma gereksiniminin NADPH’dan fazla olduğu durumlarda, oksidatif basamaklar olmaksızın, nonoksidatif reaksiyonlar fruktoz 6-fosfattan riboz 5-fosfat biyosentezini sağlarlar.
  1. NADPH’IN KULLANIMLARI
NADP+ koenziminin, NAD+den farkı, riboz birimlerinden birisinde bir fosfat grubunun (-P04=) bulunmasıdır.
Yapısındaki bu ufak değişiklik NADP+nin hücre içinde özgün rolleri olan NADP+ ye özgün enzimler ile ilişkisini sağlar.
Örneğin, hepatosit sitozolünde, denge halinde NADP+/NADPH oranı yaklaşık 0.1’dir. Bu da NADPH’ın indirgeyici biyosentez reaksiyonlarında kullanılması lehine bir durumdur.
Buna karşın, NAD+/NADH oranının yüksek olması (hepatosit sitozolünde yaklaşık 1000’dir) NAD+ ın oksidatif olaylara katılmasını artırır.
  1. İndirgeyici biyosentez
NADPH, NADH’a benzer şekilde yüksek-enerjili molekül olarak kabul edilebilir.
Ancak, NADPH’ın elektronları, NADH’da olduğu gibi oksijene transfer edilmekten çok indirgeyici biyosentezde kullanılır.
Böylece pentoz fosfat yolunda gerçekleşen metabolik transformasyon sonucu, glukoz 6-fosfatın enerjisinin bir kısmı NADPH’ta tutulmuş olur.
NADPH ise yüksek elektron potansiyelli elektron vericisi gerektiren reaksiyonlarda kullanılabilir.
  1. Hidrojen peroksidin indirgenmesi
Hidrojen peroksid, moleküler oksijenin kısmi indirgenmesi ile oluşan reaktif oksijen araürünleri grubundan birisidir.
Bu bileşikler aerobik metabolizmada, ilaçlar ve çevresel toksinler ile oluşan reaksiyonların yan ürünleri olarak sürekli sentezlenirler.
Ayrıca antioksidan düzeylerinin azaldığı, tüm oksidatif stres durumlarında oluşurlar.
İleri derecede reaktif olan bu oksijen radikalleri, DNA, protein ve doymamış yağlarda ciddi kimyasal hasara neden olur ve hücre ölümüne yol açabilirler.
Reaktif oksijen araürünleri reperfüzyon hasarı, kanser, inflamatuar hastalıklar ve yaşlanma gibi birçok patolojik olayda sorumlu tutulmuşlardır.
Hücre, bu bileşiklerin toksik potansiyellerini azaltacak bazı koruyucu mekanizmalara sahipir.
  1. Antioksidan reaksiyonları katalizleyen enzimler:
Birçok hücrede bulunan ve bir tripeptid-tiol (γ-glutamilsisteinilglisin) olan redükte glutatyon hidrojen peroksidi kimyasal olarak detoksifiye edebilir.
Glutatyon peroksidaz tarafından katalizlenen bu reaksiyon sonucu, artık koruyucu özellikleri olmayan okside glutatyon oluşur.
Hücre, indirgeyici elektronların kaynağı olarak NADPH’ı kullanan glutatyon redüktazın katalizlediği bir reaksiyon ile indirgenmiş glutatyonu tekrar oluşturur.
Böylece, NADPH hidrojen peroksidin indirgenmesinde indirekt olarak elektronları sağlar.
Eritrositlerde NADPH sadece pentoz fosfat yolundan üretilir. Bu nedenle eritrositlerde bu koenzimin başka kaynağı da olmadığı için, bu hücreler NADPH eldesi için pentoz fosfat yoluna bağımlıdırlar.
Eğer glukoz 6-fosfat dehidrogenazın etkisi bir nedenle azalırsa, NADPH düzeyleri düşecek, okside glutatyon redüklenemeyecektir.
Sonuçta hidrojen peroksit birikerek, membran stabilitesini tehdit edecek ve eritrositlerde lizise yol açacaktır.
Süperoksit dismutaz ve katalaz gibi diğer enzimler de toksik oksijen araürünlerin, zararsız ürünlere dönüşmesini katalizlerler.
Grup olarak bu enzimler reaktif oksijen türlerinin toksik etkilerine karşı bir savunma sistemi oluştururlar.
  1. Antioksidan kimyasallar:
Vitamin E, Vitamin C, ve β-karoten gibi birkaç tane intrasellüler indirgeyici ajan, laboratuar koşullarında oksijen araürünlerini indirgeyerek detoksifiye edebilir.
Bu antioksidan bileşiklerden zengin yiyeceklerin tüketilmesi ile, belli bazı kanser tiplerinin riskinde ve bazı diğer kronik sağlık problemlerinin görülme sıklığında azalma olduğu görülmüştür.
  1. Sitokrom P450 monooksijenaz sistemi
Karaciğer mikrozomal sitokrom P-450 monooksijenaz sistemi için NADPH varlığı çok önemlidir.
Bu sistem, steroidler, alkoller ve bazı ilaçlar gibi aromatik ve alifatik bileşiklerin hidroksilasyonunda en önemli yoldur.
Bu oksidasyonlar ilaçlar ve yabancı bileşiklerin çözünebilir şekillerine dönüştürülerek böbrek yoluyla kolaylıkla atılabilir hale getirilip detoksifiye edilmelerinde görev yapar.
  1. Lökositler ile fagositoz
Fagositoz, nötrofil ve makrofaj (monosit) gibi hücreler tarafından, mikroorganizmaların, yabancı partiküllerin ve hücresel atıkların reseptör aracılıklı endositoz ile sindirilmesidir.
Özellikle bakteriyel infeksiyonlarda önemli bir defans mekanizmasıdır.
Nötrofiller ve monositler bakterilerin öldürülmesi için hem oksijen-bağımlı hem de oksijenden bağımsız mekanizmalar içerirler.
Oksijen-bağımlı mekanizmalar myeloperoksidaz (MPO) sistemini ve oksijen türevi serbest radikallerin üretimini sağlayan bir başka sistemi içerirler.
Oksijenden bağımsız sistem patojenlerin öldürülmesinde fagolizozomda pH değişikliklerini ve lizozomal enzimleri kullanır.
Bütününde, bu bakterisidal mekanizmaların en etkilisi MPO sistemidir.
İnvazyon yapan bakteri immün sistem tarafından tanınır ve antikorlar tarafından yakalanarak fagositik hücre üzerindeki reseptörüne bağlanır.
Fagositoz olduktan sonra, lökosit hücre membranında yerleşmiş olan NADPH oksidaz sistemi, çevre dokulardaki moleküler oksijeni süperokside dönüştürür.
Süperoksid oluşumuna eşlik eden moleküler oksijenin hızlı tüketimi respiratuar patlamaolarak adlandırılır.
Sonra, süperoksit spontan olarak hidrojen perokside dönüştürülür.
Fagolizozomdan kaçan süperoksit olursa, bu da süperoksit dismutaz (SOD) tarafından hidrojen perokside dönüştürülür.
Daha sonra bu ürün katalaz veya glutatyon peroksidaz tarafından nötralize edilir.
Fagolizozomda bulunan lizozomal bir enzim olan MPO’nun varlığında hidrojen peroksid ve klorür iyonları bakteriyi öldüren hipokloröz aside (HOCI, çamaşır suyunun temel maddesidir) dönüştürülür.
Fazla hidrojen peroksid katalaz veya glutatyon peroksidaz ile nötralize edilir.
  1. Nitrik oksid sentezi
Nitrik oksit (NO), biyolojik sistemlerin çoğunda bir aracı (mediatör) olarak bilinir.
Arginin, O2 ve NADPH, sitozolik NO sentezinin substratlarıdır.
FMN, FAD, hem ve tetrahidrobiopterin, enzimin koenzimleridir.
Reaksiyon sonunda da ürün olarak NO ve sitrülin oluşur.
  1. GLUKOZ 6-P DEHİDROGENAZ EKSİKLİĞİ
Glukoz 6-fosfat dehidrogenaz (G6PD) eksikliği oksidan ajanların detoksifiye edilememesi sonucu oluşan, hemolitik anemi ile karakterize doğumsal bir hastalıktır.
G6PD eksikliği, insanlarda en sık görülen ve hastalığa neden olan bir enzim anomalisidir ve dünyada 200 milyondan fazla kişiyi etkilemektedir.
Bu eksiklik, en fazla Orta Doğu’da, tropikal Afrika ve Asya’da ve Akdeniz Bölgesi’nde görülür.
Bu X’e bağlı enzim eksikliği G6PD‘ı kodlayan gendeki 400’den fazla farklı mutasyonun neden olduğu bir grup eksikliktir.
Bu mutasyonların sadece bazıları klinik bulgulara neden olur.
G6PD eksikliği olan kişilerin çoğunun hayat süreleri kronik hemolizden kaynaklanan komplikasyonlar nedeniyle kısalır.
Ancak, G6PD eksikliği bulunan kadın taşıyıcılarda, falsiparum malaria (sıtma)’ya karşı direnç artmıştır. [Not: Orak hücre ve β-talasemi minörde de aynı direnç görülür.]
  1. Eritrositlerde G6PD’nin rolü
G6PD aktivitesinin azalması, hücrenin NADPH oluşturma yeteneğini bozar.
NADPH ise redükte glutatyon havuzunun sürdürülmesi için mutlaka gereklidir.
Bunun sonucunda, hücre içinde oluşan serbest radikallerin ve peroksitlerin hücresel detoksifikasyonlarında azalma olur.
Böylece eritrositler de dolaşımdan, karaciğer ve dalak makrofajları tarafından uzaklaştırılırlar.
G6PD eksikliği, etkilenmiş kişinin tüm hücrelerinde olmasına rağmen en ağır eritrositlerde seyreder, çünkü burada NADPH üreten tek yol pentoz fosfat yoludur.
Diğer dokular, glutatyonu indirgenmiş halde tutabilmek için alternatif NADPH üretim kaynaklarına (NADP+-bağımlı malat dehidrogenaz gibi, s. 184) sahiptir.
  1. G6PD eksikliğinde presipite edici faktörler
Birçok G6PD mutasyonundan birine sahip kişilerin birçoğu klinik bulgular göstermez.
Ancak, G6PD eksikliği olan bazı hastalarda oksidan ilaçlarla tedavi edildiklerinde, bakla yediklerinde veya ağır bir enfeksiyona yakalandıklarında hemolitik anemi görülür.
  1. Oksidan ilaçlar: Sıklıkla kullanılan ve G6PD eksikliği olan hastalarda hemolitik anemiye neden olan ilaçlar AAA olarak kısaltılabilir:
Antibiyotikler (örneğin, sulfametaksozol ve kloramfenikol),
Antimalaryal ilaçlar (örneğin; primakin, ama kinin hemolitik anemiye yol açmaz),
Antipiretikler (Örneğin, asetanilid, ama asetaminofen etkilemez).
  1. Favizm: G6PD eksikliğinin bazı formları, örneğin Akdeniz varyantı, Akdeniz bölgesinin bir besin maddesi olan baklanın hemolitik etkilerine çok duyarlıdır.
Favizm olarak adlandırılan bakla yenmesi sonucu görülen hemolitik etki G6PD eksikliği olan kişilerin tümünde görülmez, fakat favizmi olan hastaların tümünde G6PD eksikliği vardır.
  1. Enfeksiyon: Enfeksiyon G6PD eksikliğinde hemolizin açığa çıkmasına neden olan en önemli faktördür.
Enfeksiyona karşı meydana gelen inflamatuar cevap makrofajlarda serbest radikallerin oluşumuyla sonuçlanır ve bunlar eritrositlerin içine difüze olarak oksidatif harabiyete neden olurlar.
  1. Neonatal sarılık: G6PD eksikliği ile doğan bebeklerde doğumdan bir ila dört gün sonra yenidoğan sarılığı görülebilir. “Hem” veya artmış bilirubin sentezinin hepatik katabolizması bozulmuşsa, sarılık ağır seyredebilir.
Transketolaz Eksikliği
(Wernicke-Korsakoff Sendromu)
Tiamin eksikliğinde de görülür
Enzim TPP’a 10 kat zayıf bağlanır
Mental fonksiyon azalması, şiddetli hafıza kaybı, anormal yürüme, göz hareketlerinde paralizi
30-70 yaş arası tüm insanlarda görülmekle birlikte özellikle 50 yaşından sonra görülme sıklığı artıyor.

Temel Kaynak :
Lippincott’s Illustrated Reviews Serisinden Biyokimya

Bir Cevap Yazın