Căile de pentoză: faze și afecțiuni asociate

Calea fosfatului de pentoză, cunoscută și sub denumirea de deviație a hexozelor monofosfatice, este o cale metabolică fundamentală care are ribozomi ca produs final, necesar pentru căile de sinteză a nucleotidelor și a acidului nucleic, cum ar fi ADN, ARN, ATP, NADH, FAD și coenzima A.

De asemenea, produce NADPH (fosfat de nicotinamidadenin dinucleotid), utilizat în diferite reacții enzimatice. Această rută este foarte dinamică și capabilă să-și adapteze produsele în funcție de nevoile momentan ale celulelor.

ATP (adenozin trifosfat) este considerat "moneda energetică" a celulei, deoarece hidroliza sa poate fi cuplată la o gamă largă de reacții biochimice.

În mod similar, NADPH este oa doua monedă energetică esențială pentru sinteza reductivă a acizilor grași, sinteza colesterolului, sinteza neurotransmițătorilor, reacțiile de fotosinteză și detoxifiere, printre altele.

Deși NADPH și NADH sunt similare în structură, ele nu pot fi utilizate interschimbabil în reacțiile biochimice. NADPH participă la utilizarea energiei libere în oxidarea anumitor metaboliți pentru biosinteza reductivă.

În schimb, NADH este implicat în utilizarea energiei libere din oxidarea metaboliților pentru a sintetiza ATP.

Istorie și locație

Dovada existenței acestei rute a început în 1930 datorită cercetătorului Otto Warburg, care este creditat cu descoperirea NADP +.

Anumite observații au permis descoperirea căii, în special continuarea respirației în prezența inhibitorilor de glicoliză, cum ar fi ionul de fluor.

Apoi, în 1950, oamenii de știință Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann și Efraim Racker au descris calea pentozelor fosfat.

Țesuturile implicate în sinteza colesterolului și acizilor grași, cum ar fi glandele mamare, țesutul adipos și rinichii, au concentrații ridicate de enzime fosfat de pentoză.

Ficatul este, de asemenea, un țesut important pentru această cale: aproximativ 30% din oxidarea glucozei din acest țesut are loc datorită enzimelor din calea fosfatului de pentoză.

funcții

Calea fosfatului de pentoză este responsabilă pentru menținerea homeostaziei carbonului în celulă. De asemenea, calea sintetizează precursorii nucleotidelor și moleculelor implicate în sinteza aminoacizilor (blocurile structurale ale peptidelor și proteinelor).

Este principala sursă de reducere a puterii pentru reacțiile enzimatice. În plus, furnizează moleculele necesare pentru reacțiile anabolice și pentru procesele de apărare împotriva stresului oxidativ. Ultima fază a căii este critică în procesele redox în situații de stres.

faze

Calea fosfatului de pentoză constă din două faze în citosolul celular: unul oxidant, care generează NADPH prin oxidarea 6-fosfatului de glucoză la 5-fosfat de riboză; și una neoxidantă, care implică interconversia zaharurilor de trei, patru, cinci, șase și șapte atomi de carbon.

Această rută prezintă reacții comune cu ciclul Calvin și calea Entner-Doudoroff, care este o alternativă la glicoliza.

Faza oxidativă

Faza oxidativă începe cu dehidrogenarea moleculei de glucoză-6-fosfat la carbonul 1. Această reacție este catalizată de enzima glucoza-6-fosfat dehidrogenază, care are o specificitate ridicată pentru NADP +.

Produsul acestei reacții este 6-fosfonoglucono-δ-lactona. Apoi, acest produs este hidrolizat de către enzima lactonază pentru a da 6-fosfogluconat. Ultimul compus este preluat de enzima 6-fosfogluconat dehidrogenază și devine 5-fosfat de ribuloză.

Enzima izomeraza fosfopentoză catalizează etapa finală a fazei oxidante, care implică sinteza 5-fosfatului de riboză prin izomerizarea 5-fosfatului de ribuloză.

Această serie de reacții produce două molecule de NADPH și o moleculă de 5-fosfat de riboză pe moleculă de 6-fosfat de glucoză care intră pe această cale enzimatică.

În unele celule, cerințele NADPH sunt mai mari decât cele ale 5-fosfatului de riboză. Prin urmare, enzimele de transketolază și transaldolază ia 5-fosfat de riboză și îl transformă în 3-fosfat de gliceraldehidă și 6-fosfat de fructoză, dând cale fazei neoxidante. Acești ultimii doi compuși pot intra pe calea glicolitică.

Faza non-oxidativă

Faza începe cu o reacție de epimerizare catalizată de enzima epimerază pentoză-5-fosfat. Ribulos-5-fosfatul este preluat de această enzimă și transformat în xilozo-5-fosfat.

Produsul este preluat de enzima transketolazei care acționează împreună cu pirofosfatul de tiamină coenzim (TTP), care catalizează trecerea de xilozo-5-fosfat la riboza-5-fosfat. Odată cu transferul de ketoză în aldoză, sunt produse gliceraldehidă-3-fosfat și sedoheptuloză-7-fosfat.

În continuare, enzima transaldolază transferă C3 din molecula de sedoheptuloză-7-fosfat în gliceraldehidă-3-fosfat, care produce un zahăr cu patru atomi de carbon (4-fosfat de eritroză) și un zahăr cu șase atomi de carbon (fructoză-6). fosfat). Aceste produse sunt capabile să alimenteze calea glicolitică.

Enzima transketosala acționează din nou pentru a transfera un C2 al xiluloz-5-fosfatului la 4-fosfat de eritroză, rezultând în fructoză-6-fosfat și gliceraldehidă-3-fosfat. Ca și în etapa anterioară, aceste produse pot intra în glicoliză.

Această a doua fază conectează căile care generează NADPH cu cei responsabili pentru sinteza ATP și NADH. În plus, produsele fructoza-6-fosfat și gliceraldehidă-3-fosfat pot intra în gluconeogeneză.

Bolile asociate

Patologiile diferite sunt legate de calea fosfatului de pentoză, între aceste boli neuromusculare și diferite tipuri de cancer.

Majoritatea studiilor clinice se concentrează asupra cuantificării activității glucozei-6-fosfat dehidrogenazei, deoarece este principala enzimă responsabilă de reglarea căii.

În celulele sangvine aparținând unor persoane sensibile la anemie, acestea au o activitate enzimatică scăzută a glucozo-6-fosfat dehidrogenazei. În contrast, liniile celulare legate de carcinoamele din laringe prezintă activitate enzimatică ridicată.

NADPH este implicat în producerea de glutation, o moleculă de peptidă cheie în protecția împotriva speciilor reactive de oxigen implicate în stresul oxidativ.

Diferitele tipuri de cancer duc la activarea căii de pentoză și sunt asociate cu procese de metastază, angiogeneză și răspunsuri la chimioterapie și tratamente radioterapice.

Pe de altă parte, boala granulomatoasă cronică se dezvoltă atunci când există o deficiență în producția de NADPH.