Pentose fosfāts ceļš , kas pazīstams arī kā hexose monofosfāta novirzīšanas, ir viens no galvenajiem metabolisma ceļš, kura gala produkts ir riboses, kas nepieciešams nukleotīdu un nukleīnskābju sintēzes ceļiem, piemēram, DNS, RNS, ATP, NADH, FAD un koenzīms A.
Tas arī ražo NADPH (nikotīnamīda adenīna dinukleotīdu fosfātu), ko izmanto dažādās fermentatīvās reakcijās. Šis ceļš ir ļoti dinamisks un spēj pielāgot savus produktus atkarībā no šūnu pašreizējām vajadzībām.
ATP (adenozīna trifosfāts) tiek uzskatīts par šūnas "enerģijas valūtu", jo tās hidrolīzi var saistīt ar plašu bioķīmisko reakciju diapazonu.
Tādā pašā veidā NADPH ir būtiska otrā enerģijas valūta taukskābju reduktīvai sintēzei, holesterīna sintēzei, neirotransmiteru sintēzei, fotosintēzei un detoksikācijas reakcijām, cita starpā.
Lai arī NADPH un NADH struktūra ir līdzīga, bioķīmiskās reakcijās tos nevar aizstāt. NADPH piedalās brīvas enerģijas izmantošanā noteiktu metabolītu oksidēšanā reduktīvās biosintēzes vajadzībām.
Turpretī NADH ir iesaistīts brīvas enerģijas izmantošanā, kas rodas no metabolītu oksidācijas, lai sintezētu ATP.
Vēsture un atrašanās vieta
Norādes par šī ceļa esamību sākās 1930. gadā, pateicoties pētniekam Otto Warburg, kurš tiek kreditēts ar NADP + atklāšanu .
Daži novērojumi ļāva atklāt ceļu, it īpaši, turpinot elpošanu glikolīzes inhibitoru, piemēram, fluora jonu, klātbūtnē.
Tad 1950. gadā zinātnieki Frenks Dikenss, Bernards Horekers, Fritzs Lipmans un Efraims Rikers aprakstīja pentozes fosfāta ceļu.
Audos, kas iesaistīti holesterīna un taukskābju sintēzē, piemēram, piena dziedzeros, taukaudos un nierēs, ir augsta pentozes fosfātu enzīmu koncentrācija.
Aknas ir arī nozīmīgi šī ceļa audi: aptuveni 30% glikozes oksidācijas šajos audos notiek, pateicoties pentozes fosfāta ceļa fermentiem.
Iespējas
Pentozes fosfāta ceļš ir atbildīgs par oglekļa homeostāzes saglabāšanu šūnā. Tāpat šis ceļš sintezē nukleotīdu un molekulu prekursorus, kas iesaistīti aminoskābju (peptīdu un olbaltumvielu celtniecības bloki) sintēzē.
Tas ir galvenais fermentu reakciju spēka samazināšanas avots. Turklāt tas nodrošina nepieciešamās molekulas anaboliskām reakcijām un aizsardzības procesiem pret oksidatīvo stresu. Pēdējais ceļa posms ir kritisks redoksa procesos stresa situācijās.
Fāzes
Pentozes fosfāta ceļš sastāv no divām šūnu citosola fāzēm: oksidējošas, kas rada NADPH ar oksidācijas glikozes-6-fosfātu par ribozes-5-fosfātu; un neoksidatīvs, kas ietver trīs, četru, piecu, sešu un septiņu oglekļa cukuru pārveidošanu.
Šajā maršrutā tiek parādītas reakcijas, kas kopīgas ar Kalvina ciklu un Entnera - Doudorofa ceļu, kas ir alternatīva glikolīzei.
Oksidācijas fāze
Oksidācijas fāze sākas ar glikozes-6-fosfāta molekulas dehidrogenēšanu pie 1. oglekļa. Šo reakciju katalizē enzīms glikozes-6-fosfāta dehidrogenāze, kurai ir augsta specifika NADP + .
Šīs reakcijas produkts ir 6-fosfonoglikon-δ-laktons. Pēc tam šo produktu hidrolizē ferments laktonāze, iegūstot 6-fosfoglukonātu. Pēdējo savienojumu uzņem enzīms 6-fosfoglukonāta dehidrogenāze un tas kļūst par ribulozes 5-fosfātu.
Fermenta fosfopentāzes izomerāze katalizē oksidatīvās fāzes pēdējo posmu, kas ietver ribozes 5-fosfāta sintēzi, izomerizējot ribulozes 5-fosfātu.
Šī reakciju virkne rada divas NADPH molekulas un vienu ribozes 5-fosfāta molekulu katrai glikozes 6-fosfāta molekulai, kas nonāk šajā fermentatīvajā ceļā.
Dažās šūnās NADPH prasības ir augstākas nekā ribozes 5-fosfāta prasības. Tāpēc fermenti transketolase un transaldolase uzņem ribozes 5-fosfātu un pārvērš to glicerraldehīda 3-fosfātā un fruktozes 6-fosfātā, dodot ceļu uz neoksidatīvo fāzi. Šie pēdējie divi savienojumi var iekļūt glikolītiskajā ceļā.
Neoksidatīvā fāze
Fāze sākas ar epimerizācijas reakciju, ko katalizē ferments pentose-5-fosfāta epimerāze. Ribulozes-5-fosfātu uzņem šis enzīms un pārvērš ksilulozes-5-fosfātā.
Produktu uzņem ferments transketolase, kas darbojas kopā ar koenzīma tiamīna pirofosfātu (TTP), kas katalizē ksilulozes-5-fosfāta pāreju uz ribozes-5-fosfātu. Pārnesot ketozi uz aldozi, tiek iegūts glicerraldehīd-3-fosfāts un sedoheptuloze-7-fosfāts.
Ferments transaldolāze pēc tam pārnes C3 no sedoheptulozes-7-fosfāta molekulas uz gliceridhide-3-fosfātu, iegūstot četru oglekļa cukuru (eritrozes-4-fosfātu) un sešu oglekļa cukuru (fruktoze-6). -fosfāts). Šie produkti ir spējīgi barot glikolītisko ceļu.
Transketosālais enzīms atkal darbojas, pārnesot C2 no ksilulozes-5-fosfāta uz eritrozes-4-fosfātu, iegūstot fruktozes-6-fosfātu un glicerraldehīda-3-fosfātu. Tāpat kā iepriekšējā solī, šie produkti var iekļūt glikolīzē.
Šī otrā fāze savieno ceļus, kas rada NADPH, ar tiem, kas ir atbildīgi par ATP un NADH sintezēšanu. Turklāt produkti fruktoze-6-fosfāts un glicerraldehīds-3-fosfāts var iekļūt glikoneoģenēzē.
Saistītās slimības
Dažādas patoloģijas ir saistītas ar pentozes fosfāta ceļu starp šīm neiromuskulārajām slimībām un dažādiem vēža veidiem.
Lielākā daļa klīnisko pētījumu koncentrējas uz glikozes-6-fosfāta dehidrogenāzes aktivitātes kvantitatīvu noteikšanu, jo tas ir galvenais enzīms, kas atbild par ceļa regulēšanu.
Asins šūnās, kas pieder personām, kuras ir uzņēmīgas pret anēmiju, tām ir zema glikozes-6-fosfāta dehidrogenāzes fermentatīvā aktivitāte. Turpretī šūnu līnijas, kas saistītas ar balsenes karcinomām, uzrāda augstu enzīmu aktivitāti.
NADPH ir iesaistīts glutationa - galvenā peptīda molekulas - aizsardzībā pret reaktīvajām skābekļa sugām, kas iesaistīta oksidatīvajā stresā, ražošanā.
Dažādi vēža veidi izraisa pentozes ceļa aktivizēšanu, un tas ir saistīts ar metastāžu, angioģenēzes procesiem un reakcijām uz ķīmijterapiju un staru terapiju.
No otras puses, hroniska granulomatoza slimība attīstās, ja NADPH ražošanā ir nepilnības.
Atsauces
- Bergs, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Bioķīmija. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pentozes fosfāta ceļš neiromuskulārās slimībās - muskuļu glikozes 6 - fosfāta dehidrogenāzes aktivitātes un RNS satura novērtēšana. Rinsho shinkeigak. Klīniskā neiroloģija, 30 (10), 1078-1083.
- Kovaliks, MA, Kolumbano, A., un Perra, A. (2017). Pentozes fosfāta ceļa jaunā loma hepatocelulārā karcinomā. Robežas onkoloģijā, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Pentozes fosfātu ceļš un vēzis. Bioķīmisko zinātņu tendences, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Metabolisma atgriešanās: pentozes fosfāta ceļa bioķīmija un fizioloģija. Bioloģiskie pārskati, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Bioķīmija. Mākslinieciskais redaktors.