Drogi faz pentozy i chorób pokrewnych

The ścieżka pentoz Fosforan, znany również jako odchylenie monofosforanu heksoz, jest podstawowym szlakiem metabolicznym, który ma rybosomy jako produkt końcowy, niezbędny dla dróg syntezy nukleotydów i kwasów nukleinowych, takich jak DNA, RNA, ATP, NADH, FAD i koenzym A.

Produkuje również NADPH (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego), stosowany w różnych reakcjach enzymatycznych. Ta trasa jest bardzo dynamiczna i może dostosowywać swoje produkty w zależności od chwilowych potrzeb komórek.

ATP (adenozynotrifosforan) jest uważany za „walutę energetyczną” komórki, ponieważ jej hydroliza może być sprzężona z szerokim zakresem reakcji biochemicznych.

W ten sam sposób NADPH jest drugą niezbędną walutą energetyczną dla redukcyjnej syntezy kwasów tłuszczowych, syntezy cholesterolu, syntezy neuroprzekaźników, fotosyntezy i reakcji detoksykacji, między innymi..

Chociaż NADPH i NADH mają podobną budowę, nie można ich stosować zamiennie w reakcjach biochemicznych. NADPH uczestniczy w wykorzystaniu darmowej energii w utlenianiu niektórych metabolitów w celu biosyntezy redukcyjnej.

Natomiast NADH bierze udział w wykorzystaniu darmowej energii z utleniania metabolitów do syntezy ATP.

Indeks

• 1 Historia i lokalizacja
• 2 Funkcje
• 3 fazy
  • 3.1 Faza oksydacyjna
  • 3.2 Faza nieutleniająca
• 4 Powiązane choroby
• 5 referencji

Historia i lokalizacja

Wskazania na istnienie tej trasy rozpoczęły się w 1930 r. Dzięki badaczowi Otto Warburgowi, któremu przypisano odkrycie NADP⁺.

Pewne obserwacje pozwoliły na odkrycie trasy, zwłaszcza kontynuacji oddychania w obecności inhibitorów glikolizy, takich jak jon fluorkowy.

Następnie w 1950 roku naukowcy Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann i Efraim Racker opisali szlak pentozy fosforanowej.

Tkanki biorące udział w syntezie cholesterolu i kwasów tłuszczowych, takich jak gruczoły sutkowe, tkanka tłuszczowa i nerki, mają wysokie stężenia enzymów fosforanu pentozy.

Wątroba jest również ważną tkanką dla tego szlaku: około 30% utleniania glukozy w tej tkance zachodzi dzięki enzymom szlaku pentozofosforanu.

Funkcje

Szlak pentozofosforanowy jest odpowiedzialny za utrzymanie homeostazy węgla w komórce. Podobnie szlak syntetyzuje prekursory nukleotydów i cząsteczek zaangażowanych w syntezę aminokwasów (strukturalne bloki peptydów i białek).

Jest głównym źródłem redukcji mocy dla reakcji enzymatycznych. Ponadto dostarcza niezbędnych cząsteczek do reakcji anabolicznych i procesów obronnych przed stresem oksydacyjnym. Ostatnia faza ścieżki jest krytyczna w procesach redoks w sytuacjach stresowych.

Fazy

Szlak pentozofosforanowy składa się z dwóch faz w komórkowym cytozolu: utleniającego, który generuje NADPH z utlenianiem glukozo-6-fosforanu do rybozo-5-fosforanu; i nieutleniający, który wymaga wzajemnej konwersji cukrów trzech, czterech, pięciu, sześciu i siedmiu atomów węgla.

Ta droga przedstawia wspólne reakcje z cyklem Calvina i ze szlakiem Entner-Doudoroff, który jest alternatywą dla glikolizy.

Faza oksydacyjna

Faza oksydacyjna rozpoczyna się od odwodornienia cząsteczki glukozo-6-fosforanu na węglu 1. Reakcja ta jest katalizowana przez enzym dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową, która ma wysoką specyficzność NADP⁺.

Produktem tej reakcji jest 6-fosfonoglukono-δ-lakton. Następnie ten produkt jest hydrolizowany przez enzym laktonazę, dając 6-fosfoglukonian. Ten ostatni związek jest przyjmowany przez enzym dehydrogenazę 6-fosfoglukonianu i staje się 5-fosforanem rybulozy.

Izomeraza enzymatyczna fosfopentozy katalizuje ostatni etap fazy utleniającej, który obejmuje syntezę 5-fosforanu rybozy przez izomeryzację 5-fosforanu rybulozy.

Ta seria reakcji wytwarza dwie cząsteczki NADPH i jedną cząsteczkę 5-fosforanu rybozy na cząsteczkę 6-fosforanu glukozy, która wchodzi w ten szlak enzymatyczny.

W niektórych komórkach wymagania NADPH są większe niż w przypadku 5-fosforanu rybozy. Dlatego enzymy transketolazy i transaldolazy pobierają 5-fosforan rybozy i przekształcają go w 3-fosforan aldehydu glicerynowego i 6-fosforan fruktozy, ustępując w fazie nieutleniającej. Te dwa ostatnie związki mogą wchodzić w szlak glikolityczny.

Faza nieutleniająca

Faza rozpoczyna się od reakcji epimeryzacji katalizowanej przez enzym epimerazę pentozo-5-fosforanową. Rybulozo-5-fosforan jest pobierany przez ten enzym i przekształcany w ksylulozę-5-fosforan.

Produkt jest wchłaniany przez enzym transketolazy, który działa razem z koenzymowym pirofosforanem tiaminy (TTP), który katalizuje przejście ksylulozy-5-fosforanu do rybozo-5-fosforanu. Po przeniesieniu ketozy do aldozy wytwarzane są 3-fosforan gliceraldehydu i 7-fosforan sedoheptulozy..

Następnie enzym transaldolaza przenosi C3 z cząsteczki sedoheptulozy-7-fosforanu do aldehydu glicerynowego-3-fosforanu, który wytwarza czterowęglowodanowy cukier (erytrozo-4-fosforan) i sześciowęglowy cukier (fruktozę-6). fosforan). Produkty te są zdolne do zasilania szlaku glikolitycznego.

Enzym transketosala działa ponownie w celu przeniesienia C2 ksylulozy-5-fosforanu do erytrozo-4-fosforanu, w wyniku czego powstaje fruktozo-6-fosforan i gliceraldehyd-3-fosforan. Podobnie jak w poprzednim kroku, produkty te mogą ulec glikolizie.

Ta druga faza łączy ścieżki generujące NADPH z tymi odpowiedzialnymi za syntezę ATP i NADH. Ponadto produkty fruktozo-6-fosforan i gliceraldehyd-3-fosforan mogą przedostać się do glukoneogenezy.

Powiązane choroby

Różne patologie są związane ze szlakiem fosforanu pentozy, pomiędzy tymi chorobami nerwowo-mięśniowymi i różnymi rodzajami raka.

Większość badań klinicznych koncentruje się na ilościowym określeniu aktywności dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej, ponieważ jest to główny enzym odpowiedzialny za regulację szlaku.

W komórkach krwi należących do osób podatnych na niedokrwistość mają niską aktywność enzymatyczną dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej. Natomiast linie komórkowe związane z rakami w krtani wykazują wysoką aktywność enzymatyczną.

NADPH bierze udział w produkcji glutationu, kluczowej cząsteczki peptydu w ochronie przed reaktywnymi formami tlenu, zaangażowanymi w stres oksydacyjny.

Różne typy raka prowadzą do aktywacji szlaku pentozy i są związane z przerzutami, angiogenezą i odpowiedziami na leczenie chemioterapią i radioterapią.

Z drugiej strony, przewlekła choroba ziarniniakowa rozwija się, gdy występuje niedobór w produkcji NADPH.

Referencje

1. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L (2002). Biochemia. WH Freeman
2. Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H. i Iida, M. (1990). Szlak fosforanu pentozy w chorobach nerwowo-mięśniowych - ocena aktywności dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej i zawartości RNA. Rinsho shinkeigak. Neurologia kliniczna, 30(10), 1078-1083.
3. Kowalik, M.A., Columbano, A., i Perra, A. (2017). Pojawiająca się rola szlaku fosforanu pentozy w raku wątrobowokomórkowym. Granice w onkologii, 7, 87.
4. Patra, K. C. i Hay, N. (2014). Szlak pentozy i fosforanu. Trendy w naukach biochemicznych, 39(8), 347-354.
5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E., ... i Keller, M. A. (2015). Powrót metabolizmu: biochemia i fizjologia szlaku pentozofosforanowego. Recenzje biologiczne, 90(3), 927-963.
6. Voet, D. i Voet, J. G. (2013). Biochemia. Artmed Publisher.