Pentosephosphatweg

Der Pentosephosphatweg (auch bekannt als Hexosemonophosphatweg) ist ein wichtiger physiologischer Prozess, der in zwei Phasen ablaufen kann: oxidativ und nichtoxidativ. Er stellt einen alternativen Abbauweg für Glucose dar. Die oxidative Phase verwendet Glucose-6-Phosphat, um Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH) und Ribulose-5-Phosphat (das in Ribose-5-Phosphat umgewandelt werden kann) zu produzieren. Die nicht-oxidative Phase besteht aus mehreren reversiblen Reaktionen, bei denen die Zwischenprodukte mit anderen Stoffwechselwegen verbunden sind, z.B. mit der Nukleotidsynthese, der Synthese aromatischer Aminosäuren und der Glykolyse Glykolyse Glykolyse.

Aktualisiert: 05.07.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Definition und Funktion

Definition

Der Pentosephosphatweg erzeugt Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) und Ribose-5-phosphat durch eine Reihe von Reaktionen. Er verläuft parallel zur Glykolyse Glykolyse Glykolyse.

Ort

Der Pentosephosphatweg findet im Zytoplasma aller Zellen statt.

Funktion

Der Pentosephosphatweg erzeugt Zwischenprodukte, die für mehrere Zwecke verwendet werden:

  • NADPH:
    • Glutathion-Reduktion (verhindert oxidative Schäden)
    • Fettsäure- und Cholesterinbiosynthese
  • Ribose-5-Phosphat: Eine wichtige Vorstufe für die Nukleotidsynthese
  • Erythrose-4-phosphat: Wird für den aromatischen Aminosäurestoffwechsel verwendet
  • Andere Metaboliten können verwendet werden für:

Phasen des Pentosephosphatwegs

  • Oxidative Phase (irreversibel)
  • Nicht-oxidative Phase (reversibel)

Oxidative Phase

Die oxidative Phase ist ein irreversibler, dreistufiger Prozess.

Ausgangsmoleküle:

  • Glucose-6-phosphat
  • 2 NADP+
  • H2O

Reaktionen:

  1. Dehydrierung Dehydrierung Volumenmangel und Dehydration am C1-Atom von Glucose-6-Phosphat → 6-Phosphogluconolacton
    • Katalysiert durch Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PD)
    • Geschwindigkeitsbestimmende Reaktion
    • NADP + wird reduziert → NADPH entsteht
  2. 6-Phosphogluconolactonase hydrolysiert 6-Phosphogluconolacton → 6-Phosphogluconat entsteht
  3. Oxidative Decarboxylierung Decarboxylierung Abbau von Aminosäuren von 6-Phosphogluconat durch die 6-Phosphogluconat-Dehydrogenase → Ribulose-5-Phosphat entsteht:
    • NADP+ wird reduziert → NADPH entsteht
    • Es entsteht CO2.

Produkte:

  • 2 NADPH
  • 1 CO2
  • Ribulose-5-phosphat
Oxidative Phase des Pentosephosphatwegs

Die oxidative Phase wandelt Glucose-6-Phosphat (1) in Ribulose-5-Phosphat (4) um und bildet dabei zwei Moleküle NADPH.
NADPH: Nicotinamidadenindinukleotidphosphat

Bild : „Ox. pentose phosphat pathway“ von Yikrazuul. Lizenz: Public Domain

Nicht-oxidative Phase

Die nicht-oxidative Phase ist reversibel und nutzt Isomerasen, um Zuckerzwischenprodukte zu bilden, die in der Glykolyse Glykolyse Glykolyse und Nukleotidsynthese verwendet werden.

  1. Ribulose-5-phosphat ⇆ entweder zu:
    • Xylulose-5-Phosphat (durch Ribulose-5-Phosphat-Epimerase) oder
    • Ribose-5-Phosphat (durch Ribose-5-Phosphat-Isomerase)
  2. Xylulose-5-Phosphat + Ribose-5-Phosphat ⇆ Glyceraldehyd-3-Phosphat + Sedoheptulose-7-Phosphat
    • Katalysiert durch Transketolase
    • Die Reaktion erfordert Thiaminpyrophosphat.
  3. Transaldolase überträgt eine Aldehydgruppe von Sedoheptulose-7-Phosphat auf Glycerinaldehyd-3-Phosphat ⇆ Erythrose-4-Phosphat + Fructose-6-Phosphat
  4. Zusätzlich findet folgende Reaktion statt: Erythrose-4-Phosphat + Xylulose-5-Phosphat ⇆ Fructose-6-Phosphat + Glycerinaldehyd-3-Phosphat

Regulierung des Pentosephosphatweges

  • Der wichtigste regulatorische Schritt des Pentosephosphatwegs ist die geschwindigkeitsbestimmende Reaktion, die von G6PD katalysiert wird:
    • Aktiviert durch:
      • NADP+
      • Glucose-6-phosphat
    • Inhibiert durch:
      • NADPH (Schlüsselmechanismus für negatives Feedback)
      • Acetyl-Coenzym A (CoA)
  • Alternative Regulierung des Pentosephosphatweges möglich aus folgenden Gründen:
    • Mehrere Ein- und Ausstiegspunkte
    • Mehrere mögliche Zwischenstufen
    • Reversible Reaktionen (insbesondere in der nicht-oxidativen Phase)

Klinische Relevanz

  • G6PD-Mangel G6PD-Mangel Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PD)-Mangel: Eine Form der intravaskulären hämolytischen Anämie Anämie Anämie: Überblick und Formen, die X-chromosomal rezessiv vererbt wird. Ein Mangel an G6PD führt zu einer unzureichenden Menge an NADPH, ohne die Glutathion in Erythrozyten Erythrozyten Erythrozyten nicht reduziert werden kann. Rote Blutkörperchen sind somit nicht vor oxidativen Stressoren geschützt, was zu Schäden und Hämolyse führt.
  • Malaria Malaria Malaria: Eine ansteckende parasitäre Krankheit, die durch die Gattung Plasmodium verursacht wird. Ein Mangel an G6PD kann Personen möglicherweise vor Malaria Malaria Malaria schützen (Parasiten benötigen NADPH).
  • Transaldolase-Mangel: Eine äußerst seltene angeborene Erkrankung, die den Stoffwechsel beeinflusst und zu Hydrops fetalis, Leberfunktionsstörungen, angeborenen Herzerkrankungen und dysmorphen Gesichtszügen führen kann. Gentests bestätigen die Diagnose. Es gibt keine Behandlung; einige Personen können jedoch von einer Lebertransplantation profitieren.
  • Glykolyse Glykolyse Glykolyse: Ein zentraler Stoffwechselweg, der für den Abbau von Glukose verantwortlich ist und eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von freier Energie für die Zelle und Metaboliten für den weiteren oxidativen Abbau spielt. Glucose-6-phosphat, Fructose-6-phosphat und Glyceraldehyd-3-phosphat werden sowohl in der Glykolyse Glykolyse Glykolyse als auch im Pentosephosphatweg verwendet.

Quellen

  1. Jin, L., Zhou, Y. (2019). Crucial role of pentose phosphate pathway in malignant tumors. Onc Letters. 4213-4221. https://www.spandidos-publications.com/10.3892/ol.2019.10112
  2. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. (2002). 20.3 The Pentose Phosphate Pathway Generates NADPH and Synthesizes Five-Carbon Sugars. In Biochemistry. 5th edition. New York: W H Freeman.
  3. Patra, K.C., Hay, N. (2014). The pentose phosphate pathway and cancer. Trends in Biochemical Sciences. 39, 347-354. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2014.06.005

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

Holger Wöltje

Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

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Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

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Leon Chaudhari ist ein gefragter Marketingexperte, Inhaber mehrerer Unternehmen im Kreativ- und E-Learning-Bereich und Trainer für Marketingagenturen, KMUs und Personal Brands. Er unterstützt seine Kunden vor allem in den Bereichen digitales Marketing, Unternehmensgründung, Kundenakquise, Automatisierung und Chat Bot Programmierung. Seit nun bereits sechs Jahren unterrichtet er online und gründete im Jahr 2017 die „MyTeachingHero“ Akademie.

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Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

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Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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