Szlaki faz pentozy i chorób pokrewnych

4669
Alexander Pearson

Plik droga pentoz Fosforan, znany również jako przekierowanie monofosforanu heksozy, jest podstawowym szlakiem metabolicznym, którego produktem końcowym są rybozy, niezbędne w szlakach syntezy nukleotydów i kwasów nukleinowych, takich jak DNA, RNA, ATP, NADH, FAD i koenzym A.

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

ATP (trifosforan adenozyny) jest uważany za „walutę energetyczną” komórki, ponieważ jej hydroliza może być sprzężona z wieloma reakcjami biochemicznymi..

W ten sam sposób NADPH jest niezbędną drugą walutą energetyczną, między innymi w redukcyjnej syntezie kwasów tłuszczowych, syntezie cholesterolu, syntezie neuroprzekaźników, fotosyntezie i reakcjach detoksykacji..

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

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

Indeks artykułów

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

Historia i lokalizacja

Wskazania na istnienie tej ścieżki zaczęły się w 1930 roku dzięki badaczowi Otto Warburgowi, któremu przypisuje się odkrycie NADP+.

Pewne obserwacje pozwoliły na odkrycie szlaku, w szczególności kontynuację 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 pentozofosforanowy.

Tkanki biorące udział w syntezie cholesterolu i kwasów tłuszczowych, takie 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 pentozofosforanowego..

funkcje

Szlak pentozofosforanowy jest odpowiedzialny za utrzymanie homeostazy węgla w komórce. Podobnie szlak syntetyzuje prekursory nukleotydów i cząsteczek biorących udział w syntezie aminokwasów (elementów budulcowych peptydów i białek)..

Jest głównym źródłem siły redukującej reakcje enzymatyczne. Ponadto dostarcza cząsteczek niezbędnych 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 cytozolu komórkowym: oksydacyjnej, która wytwarza NADPH wraz z utlenianiem glukozo-6-fosforanu do rybozo-5-fosforanu; i nieutleniający, który polega na wzajemnej przemianie cukrów o trzech, czterech, pięciu, sześciu i siedmiu atomach węgla.

Ta droga przedstawia reakcje wspólne z cyklem Calvina i szlakiem Entnera-Doudoroffa, który jest alternatywą dla glikolizy..

Faza oksydacyjna

Faza oksydacyjna rozpoczyna się od odwodornienia cząsteczki glukozo-6-fosforanu na węglu 1. Ta reakcja jest katalizowana przez enzym dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową, który ma wysoką specyficzność dla NADP+.

Produktem tej reakcji jest 6-fosfonoglukono-δ-lakton. Ten produkt jest następnie hydrolizowany przez enzym laktonazę z wytworzeniem 6-fosfoglukonianu. Ten ostatni związek jest wychwytywany przez enzym dehydrogenazę 6-fosfoglukonianową i staje się rybulozo-5-fosforanem.

Enzym izomeraza fosfopentozy katalizuje ostatni etap fazy oksydacyjnej, która obejmuje syntezę 5-fosforanu rybozo przez izomeryzację 5-fosforanu rybulozy..

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

W niektórych komórkach wymagania dotyczące NADPH są większe niż wymagania dla 5-fosforanu rybozy. Dlatego enzymy transketolaza i transaldolaza pobierają rybozo-5-fosforan i przekształcają go w gliceraldehydo-3-fosforan i fruktozo-6-fosforan, przechodząc w fazę nieutleniającą. Te dwa ostatnie związki mogą wejść na szlak glikolityczny.

Faza nieutleniająca

Faza rozpoczyna się od reakcji epimeryzacji katalizowanej przez enzym epimerazę pentozo-5-fosforanową. Enzym ten pobiera rybulozo-5-fosforan i przekształca go w ksylulozo-5-fosforan.

Produkt jest wychwytywany przez enzym transketolazę, który działa razem z koenzymem pirofosforanu tiaminy (TTP), który katalizuje przejście ksylulozo-5-fosforanu do rybozo-5-fosforanu. Wraz z przeniesieniem ketozy na aldozę powstają gliceraldehydo-3-fosforan i sedoheptulozo-7-fosforan.

Następnie enzym transaldolaza przenosi C3 z cząsteczki sedoheptulozo-7-fosforanu na gliceraldehydo-3-fosforan, wytwarzając czterowęglowy cukier (erytrozo-4-fosforan) i sześciowęglowy cukier (fruktozo-6-fosforan). Produkty te są zdolne do zasilania szlaku glikolitycznego.

Enzym transketosala działa ponownie, przenosząc C2 z ksylulozo-5-fosforanu do erytrozo-4-fosforanu, w wyniku czego powstaje fruktozo-6-fosforan i gliceraldehydo-3-fosforan. Podobnie jak w poprzednim kroku, produkty te mogą ulec glikolizie.

Ta druga faza łączy ścieżki, które generują NADPH z tymi odpowiedzialnymi za syntezę ATP i NADH. Ponadto produkty fruktozo-6-fosforan i gliceraldehydo-3-fosforan mogą wchodzić w glukoneogenezę..

Powiązane choroby

Ze szlakiem pentozofosforanowym wiążą się różne patologie, między tymi chorobami nerwowo-mięśniowymi a różnymi typami raka.

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

W krwinkach osób podatnych na anemię wykazują niską aktywność enzymatyczną dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej. Natomiast linie komórkowe związane z rakami krtani wykazują wysoką aktywność enzymatyczną..

NADPH bierze udział w produkcji glutationu, kluczowej cząsteczki peptydu chroniącej przed reaktywnymi formami tlenu, biorącymi udział w stresie oksydacyjnym.

Różne typy nowotworów prowadzą do aktywacji szlaku pentozy i są związane z procesami przerzutów, angiogenezy i odpowiedzi na chemioterapię i radioterapię..

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

Bibliografia

  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 pentozofosforanowy w chorobach nerwowo-mięśniowych - ocena aktywności dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej mięśniowej 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 pentozofosforanowego w raku wątrobowokomórkowym. Granice onkologii, 7, 87.
  4. Patra, K. C. i Hay, N. (2014). Szlak pentozofosforanowy i rak. Trendy w naukach biochemicznych, 39(8), 347-354.
  5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & 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. Redaktor Artmed.

Jeszcze bez komentarzy