A pentóz- foszfát út, amelyet hexóz-monofoszfát diverziónak is nevezünk, alapvető anyagcsere-útvonal, amelynek végterméke ribózis, amely szükséges a nukleotid- és nukleinsav-szintézis útvonalakhoz, mint például a DNS, RNS, ATP, NADH, FAD és A. koenzim
NADPH-t (nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát) is termel, amelyet különféle enzimatikus reakciókban használnak. Ez az út nagyon dinamikus és képes alkalmazkodni termékeihez a cellák pillanatnyi igényeitől függően.
Az ATP-t (adenozin-trifoszfát) a sejt "energiapénzének" tekintik, mivel hidrolízise számos biokémiai reakcióhoz kapcsolódhat.
Hasonlóképpen, a NADPH nélkülözhetetlen második energia valuta a zsírsav redukciós szintéziséhez, a koleszterin szintézishez, a neurotranszmitter szintézishez, a fotoszintézishez és a méregtelenítési reakciókhoz.
Noha a NADPH és a NADH szerkezete hasonló, nem használhatók felcserélhetően biokémiai reakciókban. A NADPH részt vesz a szabad energia felhasználásában bizonyos metabolitok oxidációjában reduktív bioszintézis céljából.
Ezzel szemben a NADH részt vesz a metabolitok oxidációjából származó szabad energia felhasználásában az ATP szintézise céljából.
Előzmények és hely
Az út meglétére utaló jelek 1930-ban kezdődtek, Otto Warburg kutatónak köszönhetően, akit jóváhagytak a NADP + felfedezésének.
Bizonyos megfigyelések lehetővé tették az út felfedezését, különösen a légzés folytatását glikolízis gátlók, például a fluorid-ion jelenlétében.
Ezután 1950-ben Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann és Efraim Racker tudósok ismertették a pentóz-foszfát útját.
A koleszterin és zsírsavak szintézisében részt vevő szövetekben, például az emlőmirigyekben, a zsírszövetben és a vesékben magas a pentóz-foszfát enzimek koncentrációja.
A máj szintén fontos szövet ehhez az úthoz: a szövet glükóz-oxidációjának kb. 30% -a a pentóz-foszfát út enzimeinek köszönhetően fordul elő.
Jellemzők
A pentóz-foszfát útvonal felelős a szén homeosztázisának fenntartásában a sejtben. Hasonlóképpen, az út szintetizálja az aminosavak szintézisében részt vevő nukleotidok és molekulák prekurzorai (a peptidek és fehérjék építőkövei).
Ez az enzimes reakciók csökkentésének fő forrása. Ezenkívül biztosítja az anabolikus reakciókhoz és az oxidatív stressz elleni védekezéshez szükséges molekulákat. Az út utolsó szakasza kritikus a redox folyamatokban stresszhelyzetekben.
fázisai
A pentóz-foszfát út két fázisból áll a sejt-citoszolban: egy oxidatív, amely NADPH-t hoz létre a glükóz-6-foszfát ribóz-5-foszfáttá történő oxidációjával; és egy nem oxidatív, amely három, négy, öt, hat és hét széncukor egymással való átalakítását foglalja magában.
Ez az út bemutatja a Calvin-ciklus és az Entner - Doudoroff útvonal közötti reakciókat, amelyek alternatívaként szolgálnak a glikolízis számára.
Oxidatív szakasz
Az oxidációs fázis a glükóz-6-foszfát molekula dehidrogénezésével kezdődik az 1. szénatomon. Ezt a reakciót a glükóz-6-foszfát dehidrogenáz enzim katalizálja, amelynek nagy a specifitása a NADP + -ra.
A reakció terméke 6-foszfonoglukon-5-lakton. Ezt a terméket ezután a laktonáz enzim hidrolizálja, így 6-foszfo-glükonátot kapunk. Az utóbbi vegyületet a 6-foszfo-glükonát-dehidrogenáz enzim felveszi, és ribulóz-5-foszfáttá alakul.
A foszfopentóz-izomeráz enzim katalizálja az oxidatív fázis utolsó lépését, amely magában foglalja a ribóz-5-foszfát szintézisét a ribulóz-5-foszfát izomerizálásával.
Ez a reakciósorozat két molekulát NADPH-t és egy molekulát rióz-5-foszfátot eredményez minden olyan glükóz-6-foszfát molekulánál, amely ezen az enzimatikus úton jut be.
Egyes sejtekben a NADPH-ra vonatkozó követelmények magasabbak, mint a ribóz-5-foszfátra vonatkozó követelmények. Ezért a transzketolaz és a transzaldolaz enzimek ribóz-5-foszfátot vesznek, és glicerialdehid-3-foszfáttá és fruktóz-6-foszfáttá alakítják át, így helyet adva a nem oxidációs szakasznak. Ez az utolsó két vegyület bejuthat a glikolitikus útra.
Nem oxidatív fázis
A fázis egy epimerizációs reakcióval kezdődik, amelyet a pentóz-5-foszfát-epimeráz enzim katalizál. Ez az enzim felveszi a ri-bulóz-5-foszfátot, és xilulóz-5-foszfáttá alakítja.
A terméket a transzketolaz enzim veszi fel, amely a tiamin-pirofoszfáttal (TTP) együtt működik, amely katalizálja a xilulóz-5-foszfát átjutását a ribóz-5-foszfáttá. A ketóz aldózra történő átvitelével glicerraldehid-3-foszfátot és sedoheptulóz-7-foszfátot kapunk.
A transzaldolaz enzim ezután a C3-at a sedoheptulóz-7-foszfát molekulából a glicerraldehid-3-foszfátra továbbítja, így négyszéncukor (eritróz-4-foszfát) és hatszéncukor (fruktóz-6) képződik. -foszfát). Ezek a termékek képesek táplálni a glikolitikus utat.
A transzketosala enzim ismét úgy működik, hogy egy C2-t átvisszük a xilulóz-5-foszfátról az eritróz-4-foszfátra, így fruktóz-6-foszfátot és gliceráldehid-3-foszfátot kapunk. Mint az előző lépésben, ezek a termékek beléphetnek glikolízisbe.
Ez a második fázis összekapcsolja az NADPH-t generáló útvonalakat az ATP és NADH szintéziséért felelős személyekkel. Ezenkívül a fruktóz-6-foszfát és a glicerraldehid-3-foszfát termékek beléphetnek a glükoneogenezisbe.
Kapcsolódó betegségek
Különböző patológiák kapcsolódnak a pentóz-foszfát úthoz, ezek között a neuromuszkuláris betegségek és a rák különböző típusai között.
A legtöbb klinikai vizsgálat a glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz aktivitásának számszerűsítésére koncentrál, mivel ez a fő enzim, amely felelős az út szabályozásáért.
A vérszegénységre hajlamos személyek vérsejtjeiben alacsony glükóz-6-foszfát-dehidrogenáz enzimaktivitásúak. Ezzel szemben a gég karcinómáival kapcsolatos sejtvonalak magas enzimaktivitást mutatnak.
A NADPH részt vesz a glutation előállításában, amely kulcsfontosságú peptid molekula az oxidatív stresszben részt vevő reaktív oxigén fajok elleni védelemben.
A rák különféle típusai aktiválják a pentózis utat, és összefüggésben állnak áttétekkel, angiogenezis folyamatokkal, valamint kemoterápiás és sugárterápiás kezelésekre adott válaszokkal.
Másrészt, krónikus granulomatikus betegség akkor alakul ki, ha hiányzik a NADPH termelése.
Irodalom
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokémia. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., és Iida, M. (1990). Pentóz-foszfát út neuromuszkuláris betegségekben - izom-glükóz 6 - foszfát dehidrogenáz aktivitás és RNS tartalom értékelése. Rinsho shinkeigak. Klinikai neurológia, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., és Perra, A. (2017). A pentóz-foszfát út kialakuló szerepe a hepatocelluláris carcinomában. Határok onkológiában, 7, 87.
- Patra, KC és Hay, N. (2014). A pentóz-foszfát út és a rák. A biokémiai tudományok tendenciái, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… és Keller, MA (2015). A metabolizmus visszatérése: a pentóz-foszfát út biokémiája és élettana. Biological Reviews, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., és Voet, JG (2013). Biokémia. Művészi szerkesztő.