Пътища на пентоза: фази и свързани болести
Пентазофосфатният път, известен също като отклонение на хексозния монофосфат, е основен метаболитен път, който има рибозоми като краен продукт, необходим за нуклеотидния и нуклеиново киселинния синтез, като ДНК, РНК, АТР, NADH, FAD и коензим А.
Той също произвежда NADPH (никотинамид аденин динуклеотид фосфат), използван в различни ензимни реакции. Този маршрут е много динамичен и способен да адаптира продуктите си в зависимост от моментните нужди на клетките.
АТФ (аденозин трифосфат) се счита за "енергийна валута" на клетката, защото неговата хидролиза може да бъде свързана с широк спектър от биохимични реакции.
По подобен начин NADPH е втора енергийна валута, необходима за редукционния синтез на мастни киселини, синтез на холестерол, синтез на невротрансмитери, фотосинтеза и детоксикационни реакции.
Въпреки че NADPH и NADH са сходни по структура, те не могат да се използват взаимозаменяемо в биохимичните реакции. NADPH участва в използването на свободна енергия в окислението на определени метаболити за редуктивна биосинтеза.
Обратно, NADH участва в използването на свободна енергия от окислението на метаболитите за синтезиране на АТР.
История и местоположение
Доказателство за съществуването на този маршрут започна през 1930 г. благодарение на изследователя Ото Варбург, на когото се приписва откритието на NADP +.
Някои наблюдения позволяват откриването на пътя, по-специално продължаването на дишането в присъствието на инхибитори на гликолиза, като флуорид-йон.
След това през 1950 г. учени Франк Дикенс, Бернар Хорекър, Фриц Липман и Ефраим Ракър описали пътя на пентозофосфата.
Тъканите, участващи в синтеза на холестерол и мастни киселини, като млечните жлези, мастната тъкан и бъбреците, имат високи концентрации на пентозофосфатни ензими.
Черният дроб е също така важна тъкан за този път: приблизително 30% от окислението на глюкоза в тази тъкан става благодарение на ензимите на пентозофосфатния път.
функции
Пентазофосфатният път е отговорен за поддържането на хомеостазата на въглерода в клетката. По същия начин, пътя синтезира прекурсорите на нуклеотиди и молекули, участващи в синтеза на аминокиселини (структурните блокове на пептиди и протеини).
Той е основният източник на редуцираща сила за ензимните реакции. В допълнение, той осигурява необходимите молекули за анаболни реакции и за защитни процеси срещу оксидативен стрес. Последната фаза на пътя е критична в редокс процесите при стресови ситуации.
фази
Пентазофосфатният път се състои от две фази в клетъчния цитозол: окислителен, който генерира NADPH с окисление на глюкозо-6-фосфат до рибозо-5-фосфат; и неокислително, което предполага взаимно превръщане на захарите от три, четири, пет, шест и седем въглеродни атома.
Този маршрут представя споделени реакции с цикъла на Калвин и пътя на Entner-Doudoroff, който е алтернатива на гликолизата.
Окислителна фаза
Окислителната фаза започва с дехидрогениране на глюкозо-6-фосфатната молекула на въглерод 1. Тази реакция се катализира от ензима глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа, който има висока специфичност за NADP +.
Продуктът от тази реакция е 6-фосфоноглуконо-5-лактон. След това този продукт се хидролизира от ензима лактоназа, за да се получи 6-фосфоглюконат. Последното съединение се поема от ензима 6-фосфоглюконат дехидрогеназа и става рилулоза 5-фосфат.
Ензимът фосфопонтоза изомераза катализира крайния етап на окислителната фаза, който включва синтеза на рибозо 5-фосфат чрез изомеризация на рибулоза 5-фосфат.
Тази серия от реакции произвежда две молекули NADPH и една молекула рибоза 5-фосфат на молекула глюкоза 6-фосфат, която влиза в този ензимен път.
В някои клетки, изискванията на NADPH са по-големи от тези на рибозо 5-фосфат. Следователно, транскетолазните и трансалдолазните ензими вземат рибоза 5-фосфат и го превръщат в глицералдехид 3-фосфат и фруктоза 6-фосфат, като отстъпват на неокислителната фаза. Тези две последни съединения могат да влязат в гликолитичния път.
Неокислителна фаза
Фазата започва с реакция на епимеризация, катализирана от ензима пентоза-5-фосфат епимераза. Рибулозо-5-фосфат се поема от този ензим и се превръща в ксилулоза-5-фосфат.
Продуктът се поема от транскетолазния ензим, който действа заедно с коензим тиамин пирофосфат (TTP), който катализира преминаването на ксилулоза-5-фосфат към рибозо-5-фосфат. С прехвърлянето на кетоза към алдоза се получават глицералдехид-3-фосфат и седохептулоза-7-фосфат.
След това, трансалдолазният ензим пренася С3 от молекулата на седогептулоза-7-фосфат в глицералдехид-3-фосфат, който произвежда четири-въглеродна захар (еритро-4-фосфат) и шест въглеродна захар (фруктоза-6). фосфат). Тези продукти могат да захранват гликолитичния път.
Ензимът transketosala действа отново, за да прехвърли С2 от ксилулоза-5-фосфата към еритро-4-фосфата, в резултат на което се получава фруктоза-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат. Както и в предишната стъпка, тези продукти могат да влязат в гликолиза.
Тази втора фаза свързва пътищата, които генерират NADPH с тези, отговорни за синтеза на АТР и NADH. Освен това продуктите фруктозо-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат могат да влязат в глюконеогенеза.
Свързани заболявания
Различни патологии са свързани с пътя на пентоза фосфата, между тези невромускулни заболявания и различни видове рак.
Повечето клинични проучвания се фокусират върху количественото определяне на активността на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназата, тъй като тя е основният ензим, отговорен за регулирането на пътя.
В кръвните клетки, принадлежащи на индивиди, податливи на анемия, те имат ниска ензимна активност на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназата. Обратно, клетъчните линии, свързани с карциномите в ларинкса, проявяват висока ензимна активност.
NADPH участва в производството на глутатион, ключова пептидна молекула в защитата срещу реактивни кислородни видове, участващи в оксидативния стрес.
Различните видове рак водят до активиране на пентозния път и са свързани с процеси на метастази, ангиогенеза и реакции на химиотерапия и лъчетерапия.
От друга страна, хронично грануломатозно заболяване се развива, когато има дефицит в производството на NADPH.
