Den pentose phosphat pathway, også kendt som hexose monophosphat omledning, er en grundlæggende metaboliske vej, hvis slutproduktet er riboser, nødvendig for nukleotid og nucleinsyre-synteseveje, såsom DNA, RNA, ATP, NADH, FAD og co-enzym A.
Det producerer også NADPH (nicotinamid-adenindinucleotidphosphat), der bruges i forskellige enzymatiske reaktioner. Denne vej er meget dynamisk og i stand til at tilpasse sine produkter afhængigt af cellernes øjeblikkelige behov.
ATP (adenosintriphosphat) betragtes som cellenes "energivaluta", fordi dens hydrolyse kan kobles til en lang række biokemiske reaktioner.
Tilsvarende er NADPH en essentiel anden energivaluta til reduktiv syntese af fedtsyrer, kolesterolsyntese, neurotransmitter syntese, fotosyntesen og afgiftningsreaktioner blandt andre.
Selvom NADPH og NADH har lignende struktur, kan de ikke bruges ombyteligt i biokemiske reaktioner. NADPH deltager i udnyttelsen af fri energi til oxidation af visse metabolitter til reduktiv biosyntese.
I modsætning hertil er NADH involveret i udnyttelsen af fri energi fra oxidation af metabolitter til syntese af ATP.
Historie og placering
Indikationerne om eksistensen af denne sti begyndte i 1930 takket være forskeren Otto Warburg, der får kredit for opdagelsen af NADP +.
Visse observationer muliggjorde opdagelsen af stien, især fortsættelse af respiration i nærværelse af glykolyseinhibitorer, såsom fluoridion.
Derefter i 1950 beskrev forskerne Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann og Efraim Racker pentosefosfatvejen.
De væv, der er involveret i syntesen af kolesterol og fedtsyrer, såsom brystkirtler, fedtvæv og nyrer, har høje koncentrationer af pentosefosfatenzymer.
Leveren er også et vigtigt væv til denne vej: ca. 30% af glucoseoxidation i dette væv forekommer takket være enzymerne i pentosefosfatbanen.
Funktioner
Pentosefosfatvejen er ansvarlig for at opretholde carbonhomeostase i cellen. Ligeledes syntetiserer stien forstadierne til nukleotider og molekyler, der er involveret i syntesen af aminosyrer (byggestenene til peptider og proteiner).
Det er den vigtigste kilde til reduktion af strømmen til enzymatiske reaktioner. Derudover tilvejebringer det de nødvendige molekyler til anabolske reaktioner og til forsvarsprocesser mod oxidativ stress. Den sidste fase af stien er kritisk i redox-processer under stresssituationer.
faser
Pentosefosfatvejen består af to faser i cellen cytosol: en oxidativ en, der genererer NADPH med oxidation af glucose-6-phosphat til ribose-5-phosphat; og en ikke-oxidativ en, der involverer konvertering af tre, fire, fem, seks og syv carbon sukker.
Denne rute viser reaktioner, der deles med Calvin-cyklussen og med Entner - Doudoroff-stien, som er et alternativ til glykolyse.
Oxidativ fase
Den oxidative fase begynder med dehydrogenering af glucose-6-phosphatmolekylet ved carbon 1. Denne reaktion katalyseres af enzymet glucose-6-phosphate dehydrogenase, som har en høj specificitet for NADP +.
Produktet fra denne reaktion er 6-phosphonoglucon-5-lacton. Dette produkt hydrolyseres derefter med enzymet lactonase for at give 6-phosphogluconat. Den sidstnævnte forbindelse optages af enzymet 6-phosphogluconatdehydrogenase og bliver ribulose 5-phosphat.
Enzymet phosphopentoseisomerase katalyserer det sidste trin i den oxidative fase, hvilket involverer syntese af ribose 5-phosphat ved isomerisering af ribulose 5-phosphat.
Denne serie af reaktioner producerer to molekyler af NADPH og et molekyle af ribose 5-phosphat for hvert molekyle af glukose 6-phosphat, der kommer ind i denne enzymatiske vej.
I nogle celler er kravene til NADPH større end kravene til ribose 5-phosphat. Derfor tager enzymerne transketolase og transaldolase ribose 5-phosphat og omdanner dem til glyceraldehyd 3-phosphat og fructose 6-phosphat, hvilket giver plads til den ikke-oxidative fase. Disse to sidste forbindelser kan komme ind i den glykolytiske vej.
Ikke-oxidativ fase
Fasen begynder med en epimeriseringsreaktion katalyseret af enzymet pentose-5-phosphatepimerase. Ribulose-5-phosphat optages af dette enzym og omdannes til xylulose-5-phosphat.
Produktet optages af enzymet transketolase, der virker sammen med coenzymet thiaminpyrophosphat (TTP), som katalyserer passagen af xylulose-5-phosphat til ribose-5-phosphat. Med overførslen af ketose til aldose produceres glyceraldehyd-3-phosphat og sedoheptulose-7-phosphat.
Enzymet transaldolase overfører derefter C3 fra sedoheptulose-7-phosphatmolekylet til glyceraldehyd-3-phosphat, hvilket producerer et fire-carbon sukker (erythrose-4-phosphat) og et seks-carbon sukker (fructose-6 -phosphat). Disse produkter er i stand til at fodre den glykolytiske vej.
Transketosala-enzymet virker igen til at overføre en C2 fra xylulose-5-phosphat til erythrose-4-phosphat, hvilket resulterer i fruktose-6-phosphat og glyceraldehyd-3-phosphat. Som i det foregående trin kan disse produkter gå ind i glykolyse.
Denne anden fase forbinder de veje, der genererer NADPH med dem, der er ansvarlige for syntese af ATP og NADH. Endvidere kan produkterne fruktose-6-phosphat og glyceraldehyd-3-phosphat gå ind i glukoneogenese.
Relaterede sygdomme
Forskellige patologier er relateret til pentosefosfatvej, mellem disse neuromuskulære sygdomme og forskellige typer kræft.
De fleste kliniske studier fokuserer på kvantificering af aktiviteten af glukose-6-phosphatdehydrogenase, fordi det er det vigtigste enzym, der har ansvaret for at regulere vejen.
I blodcellerne, der hører til individer, der er modtagelige for anæmi, udviser de en lav enzymatisk aktivitet af glukose-6-fosfatdehydrogenase. I modsætning hertil udviser cellelinier relateret til carcinomer i strubehovedet høj enzymaktivitet.
NADPH er involveret i produktionen af glutathion, et nøglepeptidmolekyle til beskyttelse mod reaktive iltarter, involveret i oxidativ stress.
Forskellige typer kræft fører til aktivering af pentosebanen, og det er forbundet med processer med metastase, angiogenese og respons på kemoterapi og strålebehandling.
På den anden side udvikles kronisk granulomatøs sygdom, når der er en mangel i produktionen af NADPH.
Referencer
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokemi. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pentose-phosphatvej ved neuromuskulære sygdomme - evaluering af muskulær glukose 6 - phosphatdehydrogenase-aktivitet og RNA-indhold. Rinsho shinkeigak. Klinisk neurologi, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Pentosefosfatvejens nye rolle i hepatocellulært karcinom. Grænser inden for onkologi, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Pentosefosfatvej og kræft. Tendenser inden for biokemiske videnskaber, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Metabolismens tilbagevenden: biokemi og fysiologi af pentosefosfatbanen. Biologiske anmeldelser, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Biokemi. Artmed Editor.