Den pentos -fosfat -vägen , även känd som hexos monofosfat avledning, är en grundläggande metabolisk väg, vars slutprodukt är riboser, nödvändig för nukleotid- och nukleinsyrasyntes vägar, såsom DNA, RNA, ATP, NADH, FAD och koenzym A.
Det producerar också NADPH (nikotinamidadeninindukelotidfosfat), som används i olika enzymatiska reaktioner. Denna väg är mycket dynamisk och kan anpassa sina produkter beroende på cellernas momentana behov.
ATP (adenosintrifosfat) anses vara cellens "energivaluta", eftersom dess hydrolys kan kopplas till ett brett spektrum av biokemiska reaktioner.
På samma sätt är NADPH en essentiell andra energivaluta för reduktiv syntes av fettsyror, kolesterolsyntes, neurotransmitter-syntes, fotosyntes och avgiftningsreaktioner, bland andra.
Även om NADPH och NADH har samma struktur, kan de inte användas utbytbart i biokemiska reaktioner. NADPH deltar i utnyttjandet av fri energi i oxidationen av vissa metaboliter för reduktiv biosyntes.
Däremot är NADH involverat i utnyttjandet av fri energi från oxidation av metaboliter för att syntetisera ATP.
Historia och plats
Indikationerna om existensen av denna väg började 1930 tack vare forskaren Otto Warburg, som krediteras upptäckten av NADP + .
Vissa observationer möjliggjorde upptäckten av vägen, särskilt fortsättning av andning i närvaro av glykolyshämmare, såsom fluoridjon.
Sedan 1950 beskrev forskarna Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann och Efraim Racker pentosfosfatvägen.
Vävnaderna som är involverade i syntesen av kolesterol och fettsyror, såsom bröstkörtlar, fettvävnad och njurar, har höga koncentrationer av pentosfosfatenzymer.
Levern är också en viktig vävnad för denna väg: ungefär 30% av glukosoxidation i denna vävnad sker tack vare enzymerna i pentosfosfatvägen.
Funktioner
Pentosfosfatvägen ansvarar för att bibehålla kolhomeostas i cellen. På samma sätt syntetiserar vägen prekursorerna för nukleotider och molekyler som är involverade i syntesen av aminosyror (byggstenarna för peptider och proteiner).
Det är den viktigaste källan för att minska kraften för enzymatiska reaktioner. Dessutom tillhandahåller den nödvändiga molekyler för anabola reaktioner och för försvarsprocesser mot oxidativ stress. Den sista fasen av vägen är avgörande i redoxprocesser under stressituationer.
faser
Pentosfosfatvägen består av två faser i cytosolen: en oxidativ en, som alstrar NADPH med oxidation av glukos-6-fosfat till ribos-5-fosfat; och ett icke-oxidativt, som involverar omvandlingen av tre, fyra, fem, sex och sju kolsocker.
Denna väg visar reaktioner delade med Calvin-cykeln och med Entner - Doudoroff-vägen, som är ett alternativ till glykolys.
Oxidativ fas
Den oxidativa fasen börjar med dehydrogeneringen av glukos-6-fosfatmolekylen vid kol 1. Denna reaktion katalyseras av enzymet glukos-6-fosfatdehydrogenas, som har en hög specificitet för NADP + .
Produkten från denna reaktion är 6-fosfonoglukon-5-lakton. Denna produkt hydrolyseras sedan av enzymet laktonas för att ge 6-fosfoglukonat. Den senare föreningen tas upp av enzymet 6-fosfoglukonatdehydrogenas och blir ribulosa 5-fosfat.
Enzymet fosfopentosisomeras katalyserar det sista steget i den oxidativa fasen, vilket innefattar syntes av ribos 5-fosfat genom isomerisering av ribulosa 5-fosfat.
Denna serie reaktioner producerar två molekyler av NADPH och en molekyl av ribos 5-fosfat för varje molekyl av glukos 6-fosfat som kommer in i denna enzymatiska väg.
I vissa celler är kraven för NADPH större än kraven för ribos 5-fosfat. Därför tar enzymerna transketolas och transaldolas ribos 5-fosfat och omvandlar det till glyceraldehyd 3-fosfat och fruktos 6-fosfat, vilket ger plats för den icke-oxidativa fasen. Dessa två sista föreningar kan komma in i den glykolytiska vägen.
Icke-oxidativ fas
Fasen börjar med en epimeriseringsreaktion katalyserad av enzymet pentos-5-fosfatepimeras. Ribulosa-5-fosfat tas upp av detta enzym och omvandlas till xylulosa-5-fosfat.
Produkten tas upp av enzymet transketolas som verkar tillsammans med koenzymet tiamin pyrofosfat (TTP), som katalyserar passagen av xylulosa-5-fosfat till ribos-5-fosfat. Med överföringen av ketos till aldos produceras glyceraldehyd-3-fosfat och sedoheptulosa-7-fosfat.
Enzymet transaldolas överför sedan C3 från sedoheptulos-7-fosfatmolekylen till glyceraldehyd-3-fosfat, vilket producerar ett fyra-kol-socker (erytros-4-fosfat) och ett sex-kol-socker (fruktos-6 -fosfat). Dessa produkter kan mata den glykolytiska vägen.
Transketosala-enzymet verkar igen för att överföra en C2 från xylulosa-5-fosfat till erytros-4-fosfat, vilket resulterar i fruktos-6-fosfat och glyceraldehyd-3-fosfat. Liksom i föregående steg kan dessa produkter gå in i glykolys.
Denna andra fas ansluter vägarna som genererar NADPH med de som är ansvariga för att syntetisera ATP och NADH. Dessutom kan produkterna fruktos-6-fosfat och glyceraldehyd-3-fosfat gå in i glukoneogenes.
Relaterade sjukdomar
Olika patologier är relaterade till pentosfosfatvägen, mellan dessa neuromuskulära sjukdomar och olika typer av cancer.
De flesta kliniska studier fokuserar på att kvantifiera aktiviteten för glukos-6-fosfatdehydrogenas, eftersom det är det huvudsakliga enzymet som ansvarar för att reglera vägen.
I blodcellerna som tillhör individer som är mottagliga för anemi uppvisar de en låg enzymatisk aktivitet av glukos-6-fosfatdehydrogenas. Däremot uppvisar cellinjer relaterade till karcinom i struphuvudet hög enzymaktivitet.
NADPH är involverat i produktionen av glutation, en nyckelpeptidmolekyl för att skydda mot reaktiva syrearter, involverad i oxidativ stress.
Olika typer av cancer leder till aktivering av pentosvägen och det är förknippat med processer för metastas, angiogenes och svar på kemoterapi och strålbehandlingsbehandlingar.
Å andra sidan utvecklas kronisk granulomatös sjukdom när det finns en brist i produktionen av NADPH.
referenser
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokemi. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pentosfosfatväg vid neuromuskulära sjukdomar - utvärdering av muskulär glukos 6 - fosfatdehydrogenasaktivitet och RNA-innehåll. Rinsho shinkeigak. Clinical neurology, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Den framträdande rollen för pentosfosfatvägen i hepatocellulärt karcinom. Frontiers in oncology, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Pentosfosfatvägen och cancer. Trender i biokemiska vetenskaper, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E., … & Keller, MA (2015). Metabolismens återkomst: biokemi och fysiologi i pentosfosfatvägen. Biologiska recensioner, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Biokemi. Artmed Editor.