Hoofdstuk V std.pptx

# De pentosefosfaatroute: functies en reacties De pentosefosfaatroute (PPR), ook bekend als de fosfogluconaatweg of de hexosemonofosfaatsjunt, is een metabolische route die cruciaal is voor de productie van NADPH voor reductieve biosynthese en ribose-5-fosfaat voor de synthese van nucleïden en nucleïnezuren. ### 1.1 Primaire functies van de pentosefosfaatroute De PPR heeft twee hoofdfuncties: * **Productie van NADPH:** Dit co-enzym is essentieel voor reductieve biosynthetische reacties, zoals de synthese van vetzuren en steroïden. NADPH is de belangrijkste reducerende kracht in de cel voor anabole processen. In menselijke cellen is de PPR verantwoordelijk voor ongeveer zestig procent van de NADPH-productie. * **Productie van ribose-5-fosfaat:** Dit suikerfosfaat is een bouwsteen voor de synthese van nucleotiden, die op hun beurt worden gebruikt voor de aanmaak van ATP, co-enzym A (CoA), NAD, FAD, RNA en DNA. Een hoge vraag naar ribose-5-fosfaat is kenmerkend voor delende cellen. ### 1.2 Locatie en enzymen De enzymen van de pentosefosfaatroute zijn gelokaliseerd in het cytosol van de cel. ### 1.3 Structuur van de pentosefosfaatroute De PPR kan worden onderverdeeld in twee takken: de oxidatieve tak en de niet-oxidatieve tak. #### 1.3.1 De oxidatieve tak Deze tak is irreversibel en produceert NADPH en ribulose-5-fosfaat. 1. **Omzetting van glucose-6-fosfaat naar 6-fosfoglucono-δ-lacton:** * Enzym: Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD). Dit is de snelheidsbepalende reactie van de PPR en is irreversibel. * Reactie: Glucose-6-fosfaat wordt geoxideerd met NADP+ als acceptor, waarbij NADPH en H+ worden gevormd. * Substraat: Glucose-6-fosfaat * Producten: 6-fosfoglucono-δ-lacton, NADPH en H+ 2. **Omzetting van 6-fosfoglucono-δ-lacton naar 6-fosfogluconaat:** * Enzym: 6-fosfogluconolactonase. * Reactie: De lactonring wordt gehydrolyseerd. * Substraat: 6-fosfoglucono-δ-lacton * Product: 6-fosfogluconaat 3. **Omzetting van 6-fosfogluconaat naar ribulose-5-fosfaat:** * Enzym: 6-fosfogluconaatdehydrogenase. * Reactie: Dit is een oxidatieve decarboxylering waarbij CO2 wordt afgesplitst en NADP+ opnieuw wordt gereduceerd tot NADPH. * Substraat: 6-fosfogluconaat * Producten: Ribulose-5-fosfaat, CO2, NADPH en H+ Samenvattend genereert de oxidatieve tak van de PPR twee moleculen NADPH per molecuul glucose-6-fosfaat dat de route ingaat. #### 1.3.2 De niet-oxidatieve tak Deze tak is reversibel en faciliteert de interconversie van suikers met 3, 4, 5, 6 en 7 koolstofatomen. Deze reacties zijn cruciaal voor de aanmaak van ribose-5-fosfaat en de integratie van de PPR met de glycolyse. * **Isomerisatie van ribulose-5-fosfaat naar ribose-5-fosfaat:** * Enzym: Fosfopentose-isomerase. * Reactie: Een ketose-aldose-isomerisatie. * Substraat: Ribulose-5-fosfaat * Product: Ribose-5-fosfaat * **Epimerisatie van ribulose-5-fosfaat naar xylulose-5-fosfaat:** * Enzym: Fosfopentose-epimerase. * Reactie: Een epimerisatie op koolstofatoom 4. * Substraat: Ribulose-5-fosfaat * Product: Xylulose-5-fosfaat * **Reacties van de niet-oxidatieve tak (met deelname van transketolase en transaldolase):** Deze reacties maken het mogelijk om pentosen te recycleren naar glycolytische intermediairen of om ribose-5-fosfaat te produceren als dat nodig is. * **Transketolasereactie 1:** * Enzym: Transketolase. * Reactie: Een 2-koolstofeenheid wordt overgedragen van een ketose-donor (xylulose-5-fosfaat) naar een aldose-acceptor. * Substraten: Xylulose-5-fosfaat en erythrose-4-fosfaat * Producten: Glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) en sedoheptulose-7-fosfaat * **Transaldolasereactie:** * Enzym: Transaldolase. * Reactie: Een 3-koolstofeenheid wordt overgedragen van een ketose-donor (sedoheptulose-7-fosfaat) naar een aldose-acceptor (glyceraldehyde-3-fosfaat). * Substraten: Sedoheptulose-7-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat * Producten: Fructose-6-fosfaat en erythrose-4-fosfaat * **Transketolasereactie 2:** * Enzym: Transketolase. * Reactie: Een 2-koolstofeenheid wordt overgedragen van een ketose-donor (xylulose-5-fosfaat) naar een aldose-acceptor (erythrose-4-fosfaat). * Substraten: Xylulose-5-fosfaat en erythrose-4-fosfaat * Producten: Glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) en fructose-6-fosfaat De netto-reactie van de niet-oxidatieve tak, waarbij pentosen worden omgezet in hexosen en triosen, kan worden samengevat als: $$ \text{Ribose-5-fosfaat} + 2 \text{ Xylulose-5-fosfaat} \rightleftharpoons 2 \text{ Fructose-6-fosfaat} + \text{ Glyceraldehyde-3-fosfaat} $$ Deze intermediairen (fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat) kunnen vervolgens de glycolyse binnenkomen. ### 1.4 De rol van de pentosefosfaatroute in biosynthese De PPR is essentieel voor de synthese van verschillende belangrijke biomoleculen: * **Vetzuursynthese:** NADPH is nodig als reducerend middel voor de synthese van vetzuren. Cellen met een hoge lipogenetische activiteit, zoals in lever en vetweefsel, hebben dan ook een actieve PPR. * **Synthese van aromatische aminozuren:** Erythrose-4-fosfaat, een intermediair uit de niet-oxidatieve tak, is een voorloper voor de synthese van aromatische aminozuren zoals tyrosine en fenylalanine. * **Nucleotiden- en nucleïnezurensynthese:** Ribose-5-fosfaat is direct nodig voor de aanmaak van DNA en RNA, evenals voor energierijke nucleotiden zoals ATP. ### 1.5 Regulatie van de pentosefosfaatroute De activiteit van de PPR wordt gereguleerd op basis van de behoeften van de cel aan NADPH en ribose-5-fosfaat. * **Afhankelijkheid van de celbehoefte:** * **Meer ribose-5-fosfaat nodig dan NADPH:** Wanneer de cel vooral ribose-5-fosfaat nodig heeft (bijvoorbeeld voor snelle celdeling), kan glucose-6-fosfaat via de PPR grotendeels worden omgezet in ribose-5-fosfaat. Een overmaat aan ribose-5-fosfaat wordt dan via de niet-oxidatieve tak omgezet in glycolytische intermediairen (fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat). De reacties van de niet-oxidatieve tak zijn reversibel, waardoor deze omzetting mogelijk is. * **Gelijke behoefte aan NADPH en ribose-5-fosfaat:** In deze situatie volgt glucose-6-fosfaat de PPR, waarbij de oxidatieve tak zowel NADPH produceert als ribose-5-fosfaat. $$ \text{Glucose-6-fosfaat} + 2\text{NADP}^+ + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ribose-5-fosfaat} + 2\text{NADPH} + 2\text{H}^+ + \text{CO}_2 $$ * **Meer NADPH nodig dan ribose-5-fosfaat:** Wanneer de cel veel NADPH nodig heeft (bijvoorbeeld voor vetzuursynthese), wordt glucose-6-fosfaat volledig via de oxidatieve tak omgezet naar ribulose-5-fosfaat (wat twee moleculen NADPH oplevert). De gevormde ribose-5-fosfaat wordt vervolgens via de niet-oxidatieve tak gerecycleerd naar fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat. Deze intermediairen kunnen verder worden omgezet via de glycolyse tot pyruvaat, waarna ze via gluconeogenese terug kunnen worden gevormd tot glucose-6-fosfaat. Dit creëert een cyclus waarbij NADPH wordt geproduceerd zonder netto verbruik van glucose-6-fosfaat in termen van energieproductie, maar met een continue aanvoer van glucose-6-fosfaat als substraat voor de oxidatieve tak. * **Controlepunt:** De eerste reactie (katalysator: glucose-6-fosfaatdehydrogenase) is irreversibel en vormt het belangrijkste controlepunt van de route. ### 1.6 Fysiologische belang en pathologieën De activiteit van de PPR varieert per weefsel, afhankelijk van de metabolische behoeften: * **Hoge activiteit:** Lever, bijniercortex, testis, melkklieren, adiposecellen en erytrocyten. * Adiposecellen: Voor vetzuursynthese. * Erytrocyten: Essentieel voor de productie van gereduceerd glutathion, een belangrijke antioxidant die rode bloedcellen beschermt tegen oxidatieve schade. * **Lage activiteit:** Spiercellen, die primair gericht zijn op energieproductie (katabolisme) en minder op reductieve biosynthese. #### 1.6.1 Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) deficiëntie * **Erfelijkheid:** G6PD-deficiëntie is een X-chromosoomgebonden recessieve aandoening, waardoor het vaker voorkomt bij mannen. Vrouwen kunnen drager zijn of, door lyonisatie (inactivatie van één X-chromosoom), ook verschijnselen vertonen. * **Gevolg:** Een tekort aan G6PD leidt tot een verminderde productie van NADPH in erytrocyten. * **Gevoeligheid voor oxidatieve stress:** Erytrocyten zijn zonder mitochondriën niet in staat om alternatieve NADPH-producerende routes te benutten en zijn daardoor bijzonder kwetsbaar voor oxidatieve schade. * **Triggers:** Hemolytische anemie kan worden uitgelokt door blootstelling aan sterke oxidanten, zoals bepaalde medicijnen (bijvoorbeeld antimalariamiddelen zoals pamaquine) of consumptie van fava bonen (die vicine en divicine bevatten). * **Mechanisme van schade:** Zonder voldoende NADPH kan gereduceerd glutathion niet worden geregenereerd. Gereduceerd glutathion is noodzakelijk om reactieve zuurstofsoorten (ROS) te neutraliseren en hemoglobine in de gereduceerde Fe$^{2+}$ staat te houden. Oxidatieve schade aan hemoglobine leidt tot denaturatie en de vorming van Heinz-lichaampjes, wat resulteert in hemolyse. * **Malaria bescherming:** Opmerkelijk genoeg lijkt G6PD-deficiëntie een beschermend effect te bieden tegen *Plasmodium falciparum* malaria. De parasiet heeft NADPH en gereduceerd glutathion nodig voor zijn groei. Erytrocyten met een G6PD-deficiëntie zijn gevoeliger voor oxidatieve stress geïnduceerd door de parasiet, wat de groei van de malariaparasiet kan beperken. > **Tip:** Onthoud dat NADPH niet alleen in de PPR wordt geproduceerd, maar ook in andere routes. Echter, de PPR is de primaire bron voor NADPH in cellen die behoefte hebben aan reductieve kracht voor biosynthese en voor de bescherming tegen oxidatieve stress. > **Voorbeeld:** Een patiënt met G6PD-deficiëntie die een antimalariamiddel inneemt, kan ernstige hemolytische anemie ontwikkelen omdat het medicijn de erytrocyten onderhevig maakt aan oxidatieve schade, terwijl het lichaam door de G6PD-deficiëntie niet voldoende NADPH kan produceren om deze schade te beperken. --- # De rol van de pentosefosfaatroute in de biosynthese en bij specifieke celtypen De pentosefosfaatroute (PPR) is essentieel voor de productie van NADPH, een cruciale cofactor voor reductieve biosynthetische reacties, en levert ribose-5-fosfaat voor de synthese van nucleotiden en nucleïnezuren. ### 2.1 Overzicht van de pentosefosfaatroute De PPR, ook wel de fosfogluconaatweg of hexosemonofosfaat-shunt genoemd, vindt plaats in het cytosol en genereert NADPH, dat onmisbaar is voor anabole (opbouwende) processen. Een belangrijk intermediair is ribose-5-fosfaat, een bouwsteen voor moleculen als ATP, CoA, NAD, FAD, RNA en DNA. De route omvat de interconversie van suikers met 3, 4, 6 en 7 koolstofatomen, waarvan sommige de glykolytische route kunnen binnengaan via niet-oxidatieve reacties. #### 2.1.1 De oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute De oxidatieve tak van de PPR is verantwoordelijk voor de productie van NADPH. De eerste reactie wordt gekatalyseerd door glucose-6-fosfaatdehydrogenase, dat een veel hogere affiniteit heeft voor NADP$^+$ dan voor NAD. $$ \text{Glucose-6-fosfaat} + \text{NADP}^+ \rightarrow \text{6-fosfoglucono-}\delta\text{-lacton} + \text{NADPH} + \text{H}^+ $$ Het gevormde 6-fosfoglucono-$\delta$-lacton wordt vervolgens gehydrolyseerd tot 6-fosfogluconaat. De volgende stap is een decarboxyleringsreactie die ribulose-5-fosfaat genereert, waarbij nog een molecuul NADPH wordt geproduceerd. $$ \text{6-fosfogluconaat} + \text{NADP}^+ \rightarrow \text{Ribulose-5-fosfaat} + \text{NADPH} + \text{CO}_2 + \text{H}^+ $$ #### 2.1.2 De niet-oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute De niet-oxidatieve tak van de PPR is reversibel en maakt interconversie van pentoses mogelijk. Ribulose-5-fosfaat kan worden omgezet in ribose-5-fosfaat (een aldose) via een ketose-aldose-isomerisatie. $$ \text{Ribulose-5-fosfaat} \rightleftharpoons \text{Ribose-5-fosfaat} $$ Verder kunnen via reacties gekatalyseerd door transketolase en transaldolase, suikers worden omgezet en gerecycleerd, waardoor de pentosefosfaatroute gekoppeld wordt aan de glykolytische route. * **Transketolase reactie:** Een 2-koolstofeenheid wordt overgedragen van een ketose (donor) naar een aldose (acceptor). * **Transaldolase reactie:** Een 3-koolstofeenheid wordt overgedragen van een ketose naar een aldose. Deze reacties maken de omzetting van pentoses (zoals ribose-5-fosfaat en xylulose-5-fosfaat) naar hexoses (zoals fructose-6-fosfaat) en trioses (zoals glyceraldehyde-3-fosfaat) mogelijk. > **Tip:** De structuren van de intermediairen in de niet-oxidatieve tak hoeven niet gememoriseerd te worden, maar de functie en de principes van transketolase- en transaldolase-reacties moeten begrepen worden. Een voorbeeld van een netto reactie in de niet-oxidatieve tak is: $$ \text{Ribose-5-fosfaat} + 2 \times \text{Xylulose-5-fosfaat} \rightleftharpoons 2 \times \text{Fructose-6-fosfaat} + \text{Glyceraldehyde-3-fosfaat} $$ #### 2.1.3 Verband met biosynthese De PPR levert cruciale producten voor diverse biosynthetische processen: * **NADPH:** Noodzakelijk voor reductieve biosynthese, zoals de synthese van vetzuren en steroïden. De PPR is de belangrijkste bron van NADPH voor deze processen. * **Ribose-5-fosfaat:** Essentieel voor de synthese van nucleotiden en nucleïnezuren (DNA en RNA). * **Erythrose-4-fosfaat:** Een precursor voor de synthese van aromatische aminozuren (fenylalanine en tyrosine). #### 2.1.4 Regulatie van de pentosefosfaatroute De controle op de activiteit van de PPR hangt af van de cellulaire behoefte aan NADPH en ribose-5-fosfaat. * **Wanneer meer ribose-5-fosfaat nodig is dan NADPH:** Glucose-6-fosfaat wordt voornamelijk via de glykolytische weg omgezet in fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat. De reversibele transketolase- en transaldolase-reacties kunnen dan deze intermediairen omzetten in een grotere hoeveelheid ribose-5-fosfaat. * **Wanneer de vraag naar ribose-5-fosfaat en NADPH gelijk is:** De netto reactie van de PPR is: $$ \text{Glucose-6-fosfaat} + 2 \text{NADP}^+ + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ribose-5-fosfaat} + 2 \text{NADPH} + \text{CO}_2 $$ * **Wanneer meer NADPH nodig is dan ribose-5-fosfaat:** De oxidatieve tak van de PPR produceert NADPH. Vervolgens kan ribose-5-fosfaat via de niet-oxidatieve tak worden omgezet in fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat, die vervolgens worden gerecycleerd naar glucose-6-fosfaat via gluconeogenese. Alternatief kunnen deze intermediairen via de glykolytische route worden afgebroken tot pyruvaat, waarbij zowel NADPH als ATP wordt geproduceerd. > **Tip:** De eerste reactie van de oxidatieve tak (katalyseren door glucose-6-fosfaatdehydrogenase) is de snelheidsbepalende en irreversibele stap. ### 2.2 Activiteit van de pentosefosfaatroute in specifieke celtypen De activiteit van de PPR varieert aanzienlijk tussen verschillende weefsels, afhankelijk van hun metabole behoeften. * **Lever:** De levercellen (hepatocyten) hebben een hoge PPR-activiteit, omdat ze betrokken zijn bij de synthese van vetzuren en steroïden, waarvoor veel NADPH nodig is. * **Bijniercortex:** Deze cellen synthetiseren steroïdhormonen en vereisen daarom een hoge productie van NADPH via de PPR. * **Erytrocyten (rode bloedcellen):** Erytrocyten hebben een hoge PPR-activiteit nodig om NADPH te produceren. Dit NADPH is cruciaal voor het in stand houden van gereduceerd glutathion (GSH), een belangrijke antioxidant. GSH beschermt de cel tegen oxidatieve schade door reactieve zuurstofspecies (ROS) te neutraliseren. Zonder voldoende GSH kunnen de rode bloedcellen hun biconcave vorm niet behouden en worden ze gevoeliger voor hemolyse. Erytrocyten missen mitochondriën en kunnen daardoor geen alternatieve routes voor NADPH-productie benutten, wat ze bijzonder kwetsbaar maakt voor deficiënties in de PPR, zoals G6PD-deficiëntie. * **Adipocyten (vetcellen):** Vetweefsel is actief in de synthese van vetten en triacylglyceriden, wat een aanzienlijke hoeveelheid NADPH vereist. * **Melkklieren:** Tijdens lactatie is er een verhoogde behoefte aan NADPH voor de vetzuursynthese in melkvet. * **Testis:** De synthese van steroïdhormonen in de testis vereist NADPH. **Celtypen met lage PPR-activiteit:** * **Spiercellen:** Spiercellen zijn voornamelijk gericht op energieverbruik en katabole processen, en hebben doorgaans minder behoefte aan NADPH voor biosynthetische doeleinden in vergelijking met andere weefsels. ### 2.3 G6PD-deficiëntie Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) is het enzym dat de snelheidsbepalende reactie van de oxidatieve tak van de PPR katalyseert. Een deficiëntie in dit enzym is de meest voorkomende enzymdeficiëntie wereldwijd en is X-gebonden recessief. * **Gevolgen:** G6PD-deficiëntie leidt tot een verminderde productie van NADPH, wat de cellulaire antioxidantverdediging compromitteert, vooral in erytrocyten. * **Triggers:** Hemolytische anemie kan worden uitgelokt door blootstelling aan oxidatieve stressoren, zoals bepaalde medicijnen (bv. antimalariamiddelen zoals pamaquine) of consumptie van fava bonen (die oxidanten bevatten zoals vicine en divicine). Deze stoffen leiden tot overmatige vorming van ROS. * **Beschermingsmechanisme:** In erytrocyten moet NADPH glutathion reductase aansturen om glutathion te reduceren. Gereduceerd glutathion (GSH) is essentieel om cysteïneresidu's in hemoglobine en andere eiwitten in een gereduceerde toestand te houden en om ijzer in de Fe$^{2+}$ vorm te behouden. Zonder voldoende NADPH kan GSH niet worden geregenereerd, waardoor hemoglobine kan denatureren (wat leidt tot Heinz-lichaampjes) en erytrocyten vroegtijdig worden afgebroken (hemolyse). * **Bescherming tegen malaria:** Er is een hoge incidentie van G6PD-deficiëntie in gebieden waar malaria endemisch is. De deficiëntie lijkt bescherming te bieden tegen infectie met *Plasmodium falciparum*. De malariaparasiet heeft GSH en PPR-producten nodig voor optimale groei. In G6PD-deficiënte erytrocyten wordt de vorming van ROS door de parasiet minder effectief geneutraliseerd, wat de groei van de parasiet belemmert en de erytrocyten sneller doet afsterven. > **Voorbeeld:** Bij patiënten met G6PD-deficiëntie kan de inname van bepaalde medicijnen leiden tot ernstige hemolytische anemie, gekenmerkt door symptomen als zwarte urine, geelzucht en een daling van het hemoglobinegehalte. De erytrocyten, die geen kern hebben, kunnen geen nieuw enzym synthetiseren en zijn daardoor volledig afhankelijk van hun bestaande enzymactiviteit en de beschikbaarheid van NADPH. --- # Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) deficiëntie en de gevolgen Dit onderwerp behandelt de genetische deficiëntie van het glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD)-enzym, de rol van X-chromosomale overerving, en de klinische manifestaties zoals hemolytische anemie, specifiek bij blootstelling aan oxidanten. ### 3.1 De pentosefosfaatroute en G6PD De pentosefosfaatroute (PPR), ook bekend als de fosfogluconaatweg of hexosemonofosfaat-shunt, is een metabole route die plaatsvindt in het cytosol. Deze route is essentieel voor twee hoofddoelen: * De productie van NADPH, dat nodig is voor reductieve biosynthetische reacties (anabolisme). * De vorming van ribose-5-fosfaat, een intermediair voor de synthese van nucleotiden (en daarmee ATP, CoA, NAD, FAD, RNA en DNA). Daarnaast faciliteert de PPR de interconversie van suikers met drie, vier, zes en zeven koolstofatomen, die kunnen doorstromen naar de glycolyse. Deze interconversies verlopen via een niet-oxidatieve weg. #### 3.1.1 De oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute De oxidatieve tak van de PPR begint met glucose-6-fosfaat. Het sleutelenzym hierin is glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD), dat een significant hogere affiniteit heeft voor NADP$^+$ dan voor NAD. De eerste reactie in de oxidatieve tak is: $$ \text{Glucose-6-fosfaat} + \text{NADP}^+ \rightarrow 6\text{-fosfoglucono-}\delta\text{-lacton} + \text{NADPH} + \text{H}^+ $$ Dit is een snelheidsbepalende, irreversibele stap die de vorming van NADPH katalyseert. De gevormde 6-fosfoglucono-$\delta$-lacton wordt vervolgens omgezet in 6-fosfogluconaat. De reacties binnen de oxidatieve tak leiden tot de vorming van twee moleculen NADPH en één molecuul CO$_2$ per molecuul glucose-6-fosfaat dat de route ingaat. Het eindproduct van de oxidatieve tak is ribulose-5-fosfaat. #### 3.1.2 De niet-oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute Het gevormde ribulose-5-fosfaat kan isomeriseren tot ribose-5-fosfaat (een ketose-aldose isomerisatie). De niet-oxidatieve tak van de PPR omvat reacties gekatalyseerd door transketolase en transaldolase. Deze reacties maken het mogelijk om suikers van verschillende lengtes te interconverteren. * **Transketolase reactie:** Draagt twee koolstofatomen van een ketose-suiker over naar een aldose-suiker, waarbij een nieuwe ketose en een nieuwe aldose ontstaan. * **Transaldolase reactie:** Draagt drie koolstofatomen van een ketose-suiker over naar een aldose-suiker. Deze reacties zijn reversibel en kunnen pentoses omzetten in trioses en hexosen, zoals glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) en fructose-6-fosfaat, die vervolgens kunnen instromen in de glycolyse. De algemene reactie voor de niet-oxidatieve tak, waarbij pentoses worden omgezet in glycolytische intermediairen, kan samengevat worden als: $$ \text{Ribose-5-fosfaat} + 2 \text{ xylulose-5-fosfaat} \rightleftharpoons 2 \text{ fructose-6-fosfaat} + \text{glyceraldehyde-3-fosfaat} $$ Hierbij is xylulose-5-fosfaat een epimeer van ribulose-5-fosfaat, gevormd door het enzym fosfopentose-epimerase. #### 3.1.3 Regulatie en functies van de pentosefosfaatroute De activiteit van de PPR is afhankelijk van de cellulaire behoefte aan NADPH en ribose-5-fosfaat. * **Meer ribose-5-fosfaat nodig dan NADPH:** De route kan zo worden gestuurd dat glucose-6-fosfaat wordt omgezet in fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat (via de glycolyse), waarna via de niet-oxidatieve tak ribose-5-fosfaat wordt gevormd. * **Gelijke vraag naar ribose-5-fosfaat en NADPH:** De volledige PPR loopt van glucose-6-fosfaat naar ribose-5-fosfaat, waarbij NADPH wordt geproduceerd. $$ \text{Glucose-6-fosfaat} + 2\text{NADP}^+ + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ribose-5-fosfaat} + 2\text{NADPH} + \text{CO}_2 $$ * **Meer NADPH nodig dan ribose-5-fosfaat:** Dit kan op twee manieren worden bereikt: 1. De oxidatieve tak produceert NADPH, en het gevormde ribose-5-fosfaat wordt via de niet-oxidatieve tak omgezet in fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat, die vervolgens kunnen worden gerecycled naar glucose-6-fosfaat (via gluconeogenese) om opnieuw door de oxidatieve tak te lopen. 2. De oxidatieve tak produceert NADPH, en het gevormde ribose-5-fosfaat wordt via glycolytische intermediairen (fructose-6-fosfaat en glyceraldehyde-3-fosfaat) omgezet in pyruvaat. Hierbij wordt zowel NADPH als ATP geproduceerd. De PPR is met name actief in weefsels waar reductieve biosynthese plaatsvindt, zoals de lever, melkklieren, testis, bijniercortex, en vetweefsel (adiposecellen) voor de synthese van vetzuren en steroïden. Ook in erytrocyten is de PPR zeer actief, cruciaal voor de productie van NADPH dat nodig is om gereduceerd glutathion te regenereren. In spiercellen is de PPR daarentegen laag actief, omdat deze cellen voornamelijk energie verbruiken (katabolisme). ### 3.2 Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) deficiëntie #### 3.2.1 Genetica en overerving G6PD-deficiëntie is een erfelijke aandoening die wordt veroorzaakt door mutaties in het gen dat codeert voor het G6PD-enzym. Dit gen is gelokaliseerd op het X-chromosoom, waardoor de aandoening X-chromosomaal recessief wordt overgeërfd. Dit betekent dat mannen, die slechts één X-chromosoom hebben, de aandoening gemakkelijker tot uiting zien komen dan vrouwen. Vrouwen kunnen echter ook symptomen vertonen door lyonisatie (X-inactivatie), waarbij willekeurig één van de twee X-chromosomen inactiverend wordt. Afhankelijk van welke X-chromosoom geïnactiveerd wordt, kan dit leiden tot een gemengde populatie cellen met functioneel G6PD en cellen met deficiënt G6PD. #### 3.2.2 Klinische manifestaties Het klinische beeld van G6PD-deficiëntie wordt voornamelijk gekenmerkt door hemolytische anemie, die optreedt bij blootstelling aan oxidatieve stress. De gevoeligheid voor deze stress wordt veroorzaakt door een verminderd vermogen van de rode bloedcellen (erytrocyten) om zichzelf te beschermen tegen oxidatieve schade. * **Rol van NADPH en glutathion:** In erytrocyten is de PPR de enige route voor de productie van NADPH. NADPH is essentieel voor het enzym glutathionreductase, dat gereduceerd glutathion (GSH) regenereert uit geoxideerd glutathion (GSSG). GSH fungeert als een belangrijke antioxidant door zijn sulfhydrylgroep (-SH). Het helpt de gereduceerde toestand van cysteïneresidu's in eiwitten, waaronder hemoglobine, te handhaven en ijzer in de ferro-toestand (Fe$^{2+}$) te houden. $$ 2\text{GSH} + \text{NADP}^+ \xrightarrow{\text{glutathionreductase}} \text{GSSG} + \text{NADPH} + \text{H}^+ $$ In de context van oxidatieve stress: $$ \text{GSSG} + \text{NADPH} + \text{H}^+ \rightarrow 2\text{GSH} + \text{NADP}^+ $$ * **Gevolgen van G6PD-deficiëntie:** Bij een tekort aan G6PD wordt er onvoldoende NADPH geproduceerd. Hierdoor kan glutathion niet effectief worden geregenereerd. Het gereduceerde glutathion raakt uitgeput, waardoor de erytrocyten minder beschermd zijn tegen oxidatieve schade. Dit kan leiden tot: * **Oxidatie van hemoglobine:** Hemoglobine kan oxideren, waardoor het denatureert en neerslaat als Heinz-lichaampjes in de erytrocyten. * **Denaturatie van erytrocytenmembranen:** Oxidatieve schade aan membraaneiwitten kan leiden tot vervorming en verhoogde fragiliteit van de erytrocyten. * **Hemolyse:** De erytrocyten worden door deze veranderingen door de milt herkend als beschadigd en worden versneld afgebroken (hemolyse), wat resulteert in hemolytische anemie. De patiënt kan symptomen ervaren zoals geelzucht en donkere urine door de afbraakproducten van hemoglobine. #### 3.2.3 Uitlokkende factoren De hemolytische crisis bij G6PD-deficiëntie wordt meestal uitgelokt door blootstelling aan: * **Oxidatieve medicijnen:** Historisch gezien werd de link ontdekt na de introductie van synthetische antimalaria medicijnen zoals pamaquine. Veel andere medicijnen, zoals bepaalde antibiotica (bv. sulfonamiden, nitrofurantoïne), aspirine in hoge doses, en sommige antihypertensiva, kunnen ook hemolyse induceren. * **Fava bonen (Broad beans):** De consumptie van fava bonen is een bekende uitlokker van hemolyse. Deze bonen bevatten verbindingen zoals vicine en divicine, die krachtige oxidanten zijn. De term "favisme" wordt soms gebruikt om de reactie op fava bonen aan te duiden, hoewel niet alle G6PD-deficiënte individuen hierop reageren. #### 3.2.4 Beschermend effect tegen malaria Opvallend is dat G6PD-deficiëntie in gebieden met een hoge prevalentie van malaria, zoals delen van Afrika en Azië, een relatief hoge incidentie kent. Dit suggereert een selectief voordeel. De deficiëntie lijkt bescherming te bieden tegen infectie met *Plasmodium falciparum*, de meest dodelijke malariaparasiet. Het mechanisme hierachter is tweeledig: 1. **Verminderde voedingsstoffen voor de parasiet:** *Plasmodium falciparum* heeft NADPH en producten van de pentosefosfaatroute nodig voor optimale groei binnen de erytrocyten. G6PD-deficiëntie beperkt de beschikbaarheid hiervan. 2. **Verhoogde gevoeligheid van erytrocyten:** G6PD-deficiënte erytrocyten zijn gevoeliger voor oxidatieve stress, inclusief die geïnduceerd door de parasiet zelf (bv. vorming van waterstofperoxide). Deze verhoogde gevoeligheid kan leiden tot snellere afbraak van geïnfecteerde erytrocyten, waardoor de parasietgroei wordt gehinderd. Het ontbreken van mitochondriën en eiwitsynthese-apparaten in volwassen erytrocyten betekent dat zij geen nieuw enzym kunnen aanmaken. Hierdoor zijn deze cellen bijzonder kwetsbaar voor G6PD-deficiëntie wanneer oxidatieve stress optreedt. Nieuw gevormde erytrocyten hebben doorgaans nog voldoende enzymactiviteit, waardoor patiënten zonder provocatie vaak symptoomloos zijn. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Pentosefosfaatroute | Een metabole route die plaatsvindt in het cytosol en die zich bezighoudt met de interconversie van suikers en de productie van NADPH en precursor moleculen zoals ribose-5-fosfaat. | | NADPH | Een gereduceerde co-enzymmolecuul die essentieel is voor veel reductieve biosynthetische reacties in de cel, en ook een rol speelt bij de bescherming tegen oxidatieve stress. | | Ribose-5-fosfaat | Een pentose suiker die een bouwsteen is voor nucleotiden, nucleïnezuren (RNA en DNA), en andere belangrijke biomoleculen zoals ATP en Co-enzym A. | | Oxidatieve tak | Het eerste deel van de pentosefosfaatroute dat bestaat uit irreversibele reacties, waaronder de productie van NADPH door de oxidatie van glucose-6-fosfaat. | | Niet-oxidatieve tak | Het tweede deel van de pentosefosfaatroute dat reversibele reacties omvat, zoals die gekatalyseerd worden door transketolase en transaldolase, die pentoses omzetten in glycolytische intermediairen. | | Transketolase | Een enzym dat een 2-koolstofeenheid overdraagt van een ketose-suiker naar een aldose-suiker tijdens de niet-oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute. | | Transaldolase | Een enzym dat een 3-koolstofeenheid overdraagt van een ketose-suiker (sedoheptulose-7-fosfaat) naar een aldose-suiker (erythrose-4-fosfaat) tijdens de niet-oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute. | | Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) | Het enzym dat de eerste stap van de oxidatieve tak van de pentosefosfaatroute katalyseert, waarbij glucose-6-fosfaat wordt geoxideerd tot 6-fosfogluconolacton en NADPH wordt geproduceerd. | | G6PD-deficiëntie | Een genetische aandoening die wordt veroorzaakt door een tekort aan het G6PD-enzym, wat leidt tot een verminderde productie van NADPH en een verhoogde gevoeligheid voor oxidatieve schade, vooral in rode bloedcellen. | | Hemolytische anemie | Een aandoening waarbij rode bloedcellen te snel worden afgebroken, vaak als gevolg van oxidatieve stress in G6PD-deficiënte individuen. | | Gereduceerd glutathion (GSH) | Een tripeptide dat functioneert als een belangrijke antioxidant in cellen, door vrije radicalen te neutraliseren en de gereduceerde toestand van eiwitten te handhaven, met de hulp van NADPH. | | Favisme | Een syndroom dat kan optreden bij individuen met G6PD-deficiëntie na consumptie van tuinbonen (fava bonen), veroorzaakt door de oxidanten vicine en divicine die de rode bloedcellen beschadigen. | | Erytrocyten | Rode bloedcellen, die een belangrijke rol spelen bij zuurstoftransport. Ze zijn bijzonder gevoelig voor G6PD-deficiëntie omdat ze geen mitochondriën hebben en geen alternatieve routes hebben voor NADPH-productie. |