Pathways of Pentose: Faser og relaterte sykdommer

Pentosefosfatveien, også kjent som avvik av heksosermonofosfat, er en grunnleggende metabolisk vei som har ribosomer som et sluttprodukt, som er nødvendig for nukleotid- og nukleinsyresynteseveiene, slik som DNA, RNA, ATP, NADH, FAD og koenzym A.

Det produserer også NADPH (nikotinamid-adenin-dinukleotidfosfat), brukt i forskjellige enzymatiske reaksjoner. Denne ruten er veldig dynamisk og i stand til å tilpasse sine produkter avhengig av cellens øyeblikkelige behov.

ATP (adenosintrifosfat) betraktes som "energimarginen" av cellen, fordi hydrolysen kan kobles til et bredt spekter av biokjemiske reaksjoner.

På samme måte er NADPH en andre energimargin som er avgjørende for reduktiv syntese av fettsyrer, kolesterolsyntese, syntese av nevrotransmittere, fotosyntese og avgiftningsreaksjoner, blant andre.

Selv om NADPH og NADH er like i struktur, kan de ikke brukes om hverandre i biokjemiske reaksjoner. NADPH deltar i bruk av fri energi ved oksidasjon av visse metabolitter for reduktiv biosyntese.

I motsetning er NADH involvert i bruk av fri energi fra oksidasjon av metabolitter for å syntetisere ATP.

Historie og plassering

Bevis på eksistensen av denne ruten begynte i 1930, takket være forskeren Otto Warburg, som er kreditert ved oppdagelsen av NADP +.

Enkelte observasjoner tillot oppdagelsen av ruten, spesielt fortsettelse av respirasjon i nærvær av glykolyseinhibitorer, slik som fluoridionen.

Så, i 1950, fortalte forskerne Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann og Efraim Racker pentosefosfatbanen.

Vevene som er involvert i syntesen av kolesterol og fettsyrer, slik som brystkjertler, fettvev og nyrer, har høye konsentrasjoner av pentosfosfat-enzymer.

Leveren er også et viktig vev for denne vei: Omtrent 30% av oksydasjonen av glukose i dette vevet skjer takket være enzymer av pentosefosfatveien.

funksjoner

Pentosefosfatbanen er ansvarlig for å opprettholde hemostasen av karbon i cellen. På samme måte syntetiserer banen syntetiske forløpere av nukleotider og molekyler som er involvert i syntese av aminosyrer (strukturelle blokker av peptider og proteiner).

Det er den viktigste kilden til å redusere kraften for enzymatiske reaksjoner. I tillegg gir den de nødvendige molekylene for anabole reaksjoner og for forsvarsprosesser mot oksidativt stress. Den siste fasen av stien er kritisk i redoks prosesser under stress situasjoner.

fasene

Pentosefosfatbanen består av to faser i den cellulære cytosolen: en oksidativ en som genererer NADPH med oksydasjonen av glukose-6-fosfat til ribose-5-fosfat; og en ikke-oksidativ en, noe som innebærer interkonversjon av sukkene av tre, fire, fem, seks og syv karboner.

Denne ruten presenterer delte reaksjoner med Calvin-syklusen og Entner-Doudoroff-banen, som er et alternativ til glykolyse.

Oksidasjonsfase

Den oksidative fasen begynner med dehydrogenering av glukose-6-fosfatmolekylet ved karbon 1. Denne reaksjonen katalyseres av enzymet glukose-6-fosfat dehydrogenase, som har en høy spesifisitet for NADP +.

Produktet av denne reaksjonen er 6-fosfonoglukono-5-lakton. Deretter hydrolyseres dette produktet av enzymet laktonase for å gi 6-fosfoglukonat. Sistnevnte forbindelse tas opp av enzymet 6-fosfoglukonatdehydrogenase og blir ribulose-5-fosfat.

Enzymet fosfopentose isomerase katalyserer det siste trinnet i den oksidative fasen, som involverer syntese av ribose-5-fosfat ved isomerisering av ribulose-5-fosfat.

Denne reaksjonsserien produserer to molekyler NADPH og ett molekyl ribos-5-fosfat per molekyl glukose 6-fosfat som kommer inn i denne enzymveien.

I noen celler er NADPH-kravene større enn de for ribose-5-fosfat. Derfor tar transketolase og transaldolase enzymer ribose 5-fosfat og omdanner det til glyceraldehyd 3-fosfat og fruktose 6-fosfat, noe som gir vei til den ikke-oksidative fasen. Disse to siste forbindelsene kan komme inn i den glykolytiske banen.

Ikke-oksidativ fase

Fasen begynner med en epimeriseringsreaksjon katalysert av enzymet pentose-5-fosfatepimerase. Ribulose-5-fosfat tas opp av dette enzymet og omdannes til xylulose-5-fosfat.

Produktet tas opp av transketolase-enzymet som virker sammen med koenzym-tiaminpyrofosfat (TTP), som katalyserer passasjen av xylulose-5-fosfat til ribose-5-fosfat. Ved overføring av ketose til aldose produseres glyceraldehyd-3-fosfat og sedoheptulose-7-fosfat.

Deretter overfører transaldolase-enzymet C3 fra sedoheptulose-7-fosfatmolekylet til glyceraldehyd-3-fosfat, som produserer et 4-karbon-sukker (erytros-4-fosfat) og et seks-karbon-sukker (fruktose-6). fosfat). Disse produktene er i stand til å mate den glykolytiske banen.

Enzymet transketosala virker igjen for å overføre en C2 av xylulose-5-fosfat til erytros-4-fosfat, hvilket resulterer i fruktose-6-fosfat og glyceraldehyd-3-fosfat. Som i forrige trinn kan disse produktene gå inn i glykolyse.

Denne andre fasen forbinder veiene som genererer NADPH med de som er ansvarlige for å syntetisere ATP og NADH. I tillegg kan produktene fruktose-6-fosfat og glyceraldehyd-3-fosfat gå inn i glukoneogenese.

Relaterte sykdommer

Ulike patologier er relatert til pentosefosfatets vei, mellom disse neuromuskulære sykdommene og ulike typer kreft.

De fleste kliniske studier fokuserer på å kvantifisere aktiviteten av glukose-6-fosfat dehydrogenase, fordi det er det viktigste enzymet som er ansvarlig for å regulere banen.

I blodceller som tilhører personer som er mottagelige for anemi, har de en lav enzymatisk aktivitet av glukose-6-fosfat dehydrogenase. I motsetning hevder cellelinjer relatert til karcinomer i strupehodet høy enzymaktivitet.

NADPH er involvert i produksjonen av glutation, et sentralt peptidmolekyl i beskyttelsen mot reaktive oksygenarter, involvert i oksidativt stress.

Ulike typer kreft fører til aktivering av pentoseveien og er forbundet med prosesser med metastase, angiogenese og respons på kjemoterapi og strålebehandling.

På den annen side utvikler kronisk granulomatøs sykdom når det er mangel på produksjon av NADPH.