Der Pentosephosphatweg ist eine Abfolge von Ereignissen, die eine Zelle verwendet, um eine Art von Glukose in andere Moleküle umzuwandeln. Der Weg verwendet mehrere Schritte und verschiedene Enzyme, um dies zu erreichen. Zu den Produkten des Pentosephosphatwegs gehören Moleküle, die allgemein als NADPH bekannt sind und bei Reduktionsreaktionen Elektronen an andere Moleküle abgeben, und Pentosemoleküle, die als Bausteine für Nukleinmaterial verwendet werden.
Der Pentosephosphatweg kann in zwei getrennte Phasen unterteilt werden. Die erste Phase ist irreversibel und beinhaltet die Aufnahme von Elektronen und einem Kohlenstoffatom aus Glucose-6-Phosphat. Diese Phase hat zwei Reaktionsschritte. Die zweite Phase ist reversibel und wandelt das Produkt des ersten Schritts in alternative Zuckermoleküle um.
Der Weg beginnt mit einem Glucose-6-Phosphat-Molekül. Dieses Molekül wird durch das Enzym Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase in 6-Phosphogluconolacton umgewandelt und verliert dabei zwei Elektronen. Die Elektronen werden verwendet, um ein Molekül Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADP) durch einen Prozess namens Oxidation in seine reduzierte Form, NADPH, umzuwandeln. Im zweiten Schritt wird ein Wassermolekül (H2O) verwendet, um einen Kohlenstoff aus dem 6-Phosphogluconolacton-Produkt des ersten Schritts zu entfernen. Bei dieser durch das Enzym 6-Phosphogluconolacton-Dehydrogenase katalysierten Reaktion wird ein Kohlendioxid (CO2)-Molekül freigesetzt und ein weiteres NADP nimmt Elektronen auf und wird in NADPH umgewandelt.
Das Produkt der ersten Phase des Pentosephosphatwegs ist Ribulose-5-phosphat. Dieses Molekül kann in der zweiten Phase des Stoffwechselwegs in mehrere nützliche Substanzen umgewandelt werden. Das Ribulose-5-Phosphat kann strukturell ohne Veränderung des Molekulargewichts in Ribose-5-Phosphat umgewandelt werden, das zur Herstellung von Nukleotiden und Desoxynukleotiden verwendet wird, die die Bausteine des genetischen Materials sind. Ribulose-5-Phosphat kann auch in Xylulose-5-Phosphat umgewandelt werden, das auch zur Herstellung von Nukleinmaterial verwendet wird.
Diese Zuckermoleküle mit fünf Kohlenstoffatomen können weiter verwendet werden, um Zucker mit sechs oder drei Kohlenstoffatomen herzustellen, die Fructose-6-Phosphat und Glycerinaldehyd-3-Phosphat genannt werden. Dies tritt auf, wenn die Zelle mehr NADPH als Ribose-5-Phosphat benötigt. Diese Zucker mit sechs und drei Kohlenstoffatomen können auch verwendet werden, um Glukose wieder herzustellen, wenn die Zelle dies benötigt. Der Weg kann auch umgekehrt ablaufen, wobei sich die Zucker mit sechs und drei Kohlenstoffatomen bei Bedarf in Ribose-5-Phosphat umwandeln.
Der Pentosephosphatweg ist im Fettgewebe und in den roten Blutkörperchen von Säugetieren ziemlich aktiv. Es ist im Fettgewebe aktiv, da zum Abbau von Energiequellen in Glukose die NADPH-Elektronenspende erforderlich ist, sodass der NADPH-Spiegel aufrechterhalten werden muss. Blutzellen von Säugetieren nutzen den Weg aus einem etwas anderen Grund. Das produzierte NADPH hält ein Molekül namens Glutathion in einer Form, die verhindert, dass Hämoglobin-Eisen oxidiert wird. Die reduzierte Form von Hämoglobin bindet Sauerstoff effektiver als die oxidierte Form.