出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』「2015/05/08 11:52:49」(JST)
グルコース-6-リン酸 | |
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IUPAC名
D-Glucopyranose 6-phosphate |
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別称
ロビソンエステル
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識別情報 | |
CAS登録番号 | 56-73-5 |
PubChem | 208 |
ChemSpider | 17216117 |
日化辞番号 | J40.066A |
KEGG | C00092 |
MeSH | Glucose-6-phosphate |
ChEBI | CHEBI:4170 |
SMILES
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InChI
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特性 | |
化学式 | C6H13O9P |
モル質量 | 260.136 |
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。 |
グルコース-6-リン酸(グルコース-6-リンさん、Glucose-6-phosphate、G6P)とは、6位の炭素がリン酸化したグルコース分子のことである。ロビソンエステルとも言う。細胞中には多量に存在し、細胞に取り込まれたグルコースのほとんどがリン酸化を受けてG6Pになる。
細胞化学の中心的な化合物の一つであるため、G6Pはその後様々な運命をたどる。その始めに、まずは次のどちらかの代謝系に入る。
またこの他に、G6Pは直接グリコーゲンやデンプンなどの貯蔵多糖に変換されることもある。多細胞動物ではグリコーゲンとして肝臓や筋肉に蓄えられ、その他の多くの生物ではデンプンかグリコーゲン顆粒として細胞間組織に蓄えられる。
細胞中ではG6Pはグルコースの6位の炭素をリン酸化することにより作られる。これは多くの生物ではヘキソキナーゼの、高等動物では肝臓中のグルコキナーゼの酵素機能によって触媒される。この反応では1分子のATPが消費される。
グルコースが細胞に取り込まれると直ちにリン酸化が起こるのは、これが拡散してしまうのを防ぐためである。リン酸化により電荷が導入されるので、G6Pは容易に細胞膜を通過することができない。
G6Pは、グリコーゲンの初期分解産物であるグルコース-1-リン酸から、グルコホスホムターゼでリン酸基を転移させることによっても作られる。
NADP+ : NADPHの比率が上昇すると、体はNADPHを増産しようとする。この過程でG6Pはデヒドロゲナーゼにより脱水素化される。この可逆過程はペントースリン酸経路の最初の反応であり、この反応によりNADPHとリブロース-5-リン酸が作られ、多くの分子の合成に供される。またDNAの材料であるヌクレオチドが必要になった時にも、G6Pはペントースリン酸経路に回される。
エネルギーや炭素骨格が必要となった場合には、G6Pは解糖系に入れられる。G6Pはまずグルコースリン酸イソメラーゼにより、フルクトース-6-リン酸に変換される。
G6Pから作られたフルクトース-6-リン酸はその後もう1つのリン酸基が付加され、フルクトース-1,6-ビスリン酸になる。2つ目のリン酸基の付加反応は不可逆反応である。そのためこの反応ではG6Pが不可逆的に分解され、解糖系を通じてATP生産のためのエネルギーを作り出す。
血中糖濃度が高くなると、余分なグルコースは貯蔵されるようになる。グルコースから生成されたG6Pは、引き続いてホスホグルコースムターゼによりG1Pに変換される。G1Pはウリジン三リン酸(UTP)と結合してリン酸基が外れ、UDP-グルコースとなる。この反応は、この反応の過程で生成されるピロリン酸の加水分解に伴って進む。こうして活性化されたUDP-グルコースは、グリコーゲンシンターゼによってグリコーゲン分子の一部となる。これは、グルコース1分子を貯蔵するのに1分子のATPしか消費しないという意味で、非常に効率の良い貯蔵システムである。グリコーゲン合成は、高いストレスがかかるか血中糖濃度が低下するかして、キナーゼによりリン酸化されると停止する。
エネルギーが必要になると、グリコーゲンホスホリラーゼがグリコーゲン鎖から必要なだけ切り出すことができる。切り出された分子はG1Pであるが、ホスホグルコムターゼによってG6Pに変換され、G6Pホスファターゼによってリン酸基が外されてグルコースとなる。グルコースは細胞膜を通り抜け、血流に乗って必要な場所まで運ばれる。
肝臓はグルコース-6-ホスファターゼを持ち、解糖系や糖新生でできたグルコース-6-リン酸のリン酸基を外すことができる。こうしてできたグルコースは血液中に放出され、他の細胞に運ばれる。
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Names | |||
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IUPAC name
D-Glucopyranose 6-phosphate
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Identifiers | |||
CAS Registry Number
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56-73-5 Y | ||
ChEBI | CHEBI:4170 Y | ||
ChemSpider | 17216117 Y | ||
InChI
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Jmol-3D images | Image | ||
MeSH | Glucose-6-phosphate | ||
PubChem | 208 | ||
SMILES
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Properties | |||
Chemical formula
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C6H13O9P | ||
Molar mass | 260.136 | ||
Except where noted otherwise, data is given for materials in their standard state (at 25 °C (77 °F), 100 kPa)
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N verify (what is: Y/N?) | |||
Infobox references | |||
Glucose 6-phosphate (also known as Robison ester) is glucose sugar phosphorylated on carbon 6. This compound is very common in cells as the vast majority of glucose entering a cell will become phosphorylated in this way.
Because of its prominent position in cellular chemistry, glucose 6-phosphate has many possible fates within the cell. It lies at the start of two major metabolic pathways: glycolysis and the pentose phosphate pathway. In addition to these metabolic pathways, glucose 6-phosphate may also be converted to glycogen or starch for storage. This storage is in the liver and muscles in the form of glycogen for most multicellular animals, and in intracellular starch or glycogen granules for most other organisms.
Within a cell, glucose 6-phosphate is produced by phosphorylation of glucose on the sixth carbon. This is catalyzed by the enzyme hexokinase in most cells, and, in higher animals, glucokinase in certain cells, most notably liver cells. One molecule of ATP is consumed in this reaction.
D-Glucose | Hexokinase | α-D-Glucose 6-phosphate | |
ATP | ADP | ||
PO3- 4 |
H2O | ||
Glucose 6-phosphatase |
Compound C00031 at KEGG Pathway Database. Enzyme 2.7.1.1 at KEGG Pathway Database. Compound C00668 at KEGG Pathway Database. Reaction R01786 at KEGG Pathway Database.
The major reason for the immediate phosphorylation of glucose is to prevent diffusion out of the cell. The phosphorylation adds a charged phosphate group so the glucose 6-phosphate cannot easily cross the cell membrane.
Glucose-6-phosphate is also produced during glycogenolysis from glucose-1-phosphate, the first product of the breakdown of glycogen polymers.
When the ratio of NADP+ : NADPH increases, the body realizes it needs to produce more NADPH (a reducing agent for several reactions like fatty acid synthesis and glutathione reduction in erythrocytes). This will cause the G6P to be dehydrogenated by glucose 6-phosphate dehydrogenase. This reversible reaction is the initial step of the pentose phosphate pathway, which generates the useful cofactor NADPH as well as ribulose-5-phosphate, a carbon source for the synthesis of other molecules. Also, if the body needs nucleotide precursors of DNA for growth and synthesis, G6P will also be dehydrogenated and enter the pentose phosphate pathway.
If the cell needs energy or carbon skeletons for synthesis then glucose 6-phosphate is targeted for glycolysis. Glucose 6-phosphate is first isomerized to fructose 6-phosphate by phosphoglucose isomerase.
α-D-Glucose 6-phosphate | Phosphoglucose isomerase | β-D-Fructose 6-phosphate | |
Phosphoglucose isomerase |
Compound C00668 at KEGG Pathway Database. Enzyme 5.3.1.9 at KEGG Pathway Database. Compound C05345 at KEGG Pathway Database. Reaction R00771 at KEGG Pathway Database.
This reaction converts glucose 6-phosphate to fructose 6-phosphate in preparation for phosphorylation to Fructose-1,6-bisphosphate. The addition of the 2nd phosphoryl group to produce Fructose-1,6-bisphosphate is an irreversible step, and so is used to irreversibly target the glucose 6-phosphate breakdown to provide energy for ATP production via glycolysis.
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If blood glucose levels are high, the body needs a way to store the excess glucose. After being converted to G6P, the molecule can be turned into glucose-1-phosphate by phosphoglucomutase. Glucose-1-phosphate can then be combined with uridine triphosphate (UTP) to form UDP-glucose, driven by the hydrolysis of UTP, releasing phosphate. Now, the activated UDP-glucose can add to a growing glycogen molecule with the help of glycogen synthase. This is a very efficient storage mechanism for glucose since it costs the body only 1 ATP to store the 1 glucose molecule and virtually no energy to remove it from storage. It is important to note that glucose-6-phosphate is an allosteric activator of glycogen synthase, which makes sense because when the level of glucose is high the body should store the excess glucose as glycogen. On the other hand, glycogen synthase is inhibited when it is phosphorylated by protein kinase during times of high stress or low levels of blood glucose, via hormone induction by glucagon or adrenaline.
When the body needs glucose for energy, glycogen phosphorylase, with the help of an orthophosphate, can cleave away a molecule from the glycogen chain. The cleaved molecule is in the form of glucose-1-phosphate, which can be converted into G6P by phosphoglucomutase. Next, the phosphoryl group on G6P can be cleaved by glucose-6-phosphatase so that a free glucose can be formed. This free glucose can pass through membranes and can enter the bloodstream to travel to other places in the body.
Liver cells express the transmembrane enzyme glucose-6-phosphatase in the endoplasmic reticulum. The catalytic site is found on the lumenal face of the membrane, and removes the phosphate group from glucose-6-phosphate produced during glycogenolysis or gluconeogenesis. Free glucose is transported out of the endoplasmic reticulum via GLUT7 and released into the bloodstream via GLUT2 for uptake by other cells. Muscle cells lack this enzyme, so myofibers use glucose-6-phosphate in their own metabolic pathways such as glycolysis. Importantly, this prevents myocytes from releasing glycogen stores they have obtained into the blood.
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