Calea de fosfat pentoză , cunoscută și sub denumirea de diversiunea monofosfatului cu hexos, este o cale metabolică fundamentală al cărei produs final este ribozele, necesare pentru căile de sinteză a nucleotidelor și a acidului nucleic, precum ADN, ARN, ATP, NADH, FAD și coenzima A.
De asemenea, produce NADPH (nicotinamidă adenină fosfat fosfat), utilizat în diferite reacții enzimatice. Această cale este foarte dinamică și capabilă să își adapteze produsele în funcție de nevoile momentane ale celulelor.
ATP (adenozina trifosfat) este considerată „moneda energetică” a celulei, deoarece hidroliza sa poate fi cuplată la o gamă largă de reacții biochimice.
În același mod, NADPH este o a doua monedă energetică esențială pentru sinteza reductivă a acizilor grași, sinteza de colesterol, sinteza neurotransmițătorilor, fotosinteză și reacții de detoxifiere, printre altele.
Deși NADPH și NADH sunt similare în structură, ele nu pot fi utilizate în mod interschimbabil în reacții biochimice. NADPH participă la utilizarea energiei libere la oxidarea anumitor metaboliți pentru biosinteza reductivă.
În schimb, NADH este implicat în utilizarea energiei libere provenite din oxidarea metaboliților pentru a sintetiza ATP.
Istoric și locație
Indicațiile existenței acestei căi au început în 1930, datorită cercetătorului Otto Warburg, care este creditat cu descoperirea NADP + .
Anumite observații au permis descoperirea căii, în special continuarea respirației în prezența inhibitorilor glicolizei, cum ar fi ionul de fluor.
Apoi, în 1950, oamenii de știință Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann și Efraim Racker au descris calea fosfatului pentoză.
Țesuturile implicate în sinteza colesterolului și acizilor grași, cum ar fi glandele mamare, țesutul adipos și rinichii, au concentrații mari de enzime fosfat pentoză.
Ficatul este, de asemenea, un țesut important pentru această cale: aproximativ 30% din oxidarea glucozei din acest țesut apare datorită enzimelor căii fosfatului pentoză.
Caracteristici
Calea fosfatului pentoză este responsabilă de menținerea homeostazei carbonice în celulă. De asemenea, calea sintetizează precursorii nucleotidelor și moleculelor implicate în sinteza aminoacizilor (blocurile de construcție ale peptidelor și proteinelor).
Este principala sursă de reducere a puterii pentru reacțiile enzimatice. În plus, oferă moleculele necesare pentru reacțiile anabolice și pentru procesele de apărare împotriva stresului oxidativ. Ultima fază a căii este critică în procesele redox în situații de stres.
faze
Calea fosfatului de pentoză constă din două faze în citosol celular: una oxidativă, care generează NADPH cu oxidarea glucozei-6-fosfatului a ribozei-5-fosfatului; și unul neoxidant, care implică interconversia a trei, patru, cinci, șase și șapte zaharuri de carbon.
Această rută prezintă reacții împărtășite cu ciclul Calvin și cu calea Entner - Doudoroff, care este o alternativă la glicoliză.
Faza oxidativă
Faza oxidativă începe cu dehidrogenarea moleculei glucozei-6-fosfatului la carbonul 1. Această reacție este catalizată de enzima glucoză-6-fosfat dehidrogenază, care are o specificitate ridicată pentru NADP + .
Produsul acestei reacții este 6-fosfonoglucon-δ-lactona. Acest produs este apoi hidrolizat de enzima lactonază pentru a da 6-fosfogluconat. Acest din urmă compus este preluat de enzima 6-fosfogluconat dehidrogenaza și devine 5-fosfat de ribuloză.
Enzima fosfopentoza izomeraza catalizează etapa finală a fazei oxidative, care implică sinteza 5-fosfatului ribozei prin izomerizarea 5-fosfatului de ribuloză.
Această serie de reacții produce două molecule de NADPH și o moleculă de ribos 5-fosfat pentru fiecare moleculă de 6-fosfat de glucoză care intră pe această cale enzimatică.
În unele celule, cerințele pentru NADPH sunt mai mari decât cele pentru ribosul 5-fosfat. Prin urmare, enzimele transketolază și transaldolază preiau riboza 5-fosfat și o transformă în gliceraldehidă 3-fosfat și fructoză 6-fosfat, dând loc fazei neoxidante. Acești ultimi doi compuși pot intra pe calea glicolitică.
Faza neoxidantă
Faza începe cu o reacție de epimerizare catalizată de enzima pentoza-5-fosfat epimeraza. Ribuloza-5-fosfat este preluată de această enzimă și transformată în xiluloză-5-fosfat.
Produsul este preluat de transketolasa enzimatică care acționează împreună cu coenzima tiamina pirofosfat (TTP), care catalizează trecerea xilulozei-5-fosfatului a ribozei-5-fosfatului. Odată cu transferul ketozei în aldoză, se produce gliceraldehida-3-fosfat și sedoheptuloza-7-fosfat.
Enzima transaldolază transferă apoi C3 din molecula de sedoheptuloză-7-fosfat în gliceraldehidă-3-fosfat, producând un zahăr de patru carbon (eritroză-4-fosfat) și un zahăr cu șase carbon (fructoză-6) -fosfat). Aceste produse sunt capabile să alimenteze calea glicolitică.
Enzima transketozală acționează din nou pentru a transfera un C2 de la xiluloză-5-fosfat în eritroză-4-fosfat, rezultând fructoza-6-fosfat și gliceraldehida-3-fosfat. La fel ca în etapa anterioară, aceste produse pot intra în glicoliză.
Această a doua fază conectează căile care generează NADPH cu cei responsabili de sinteza ATP și NADH. Mai mult, produsele fructoză-6-fosfat și gliceraldehida-3-fosfat pot intra în gluconeogeneză.
Boli conexe
Diferite patologii sunt legate de calea fosfatului pentoză, între aceste boli neuromusculare și diferite tipuri de cancer.
Majoritatea studiilor clinice se concentrează pe cuantificarea activității glucozei-6-fosfat dehidrogenazei, deoarece este principala enzimă responsabilă cu reglarea căii.
În celulele sanguine aparținând persoanelor sensibile la anemie, acestea prezintă o activitate enzimatică scăzută a glucozei-6-fosfat dehidrogenazei. În schimb, liniile celulare legate de carcinoamele din laringe prezintă activitate ridicată a enzimelor.
NADPH este implicat în producerea de glutation, o moleculă peptidică cheie în protecția împotriva speciilor reactive de oxigen, implicate în stresul oxidativ.
Diferite tipuri de cancer duc la activarea căii pentoase și este asociat cu procese de metastaze, angiogeneză și răspunsuri la tratamentele de chimioterapie și radioterapie.
Pe de altă parte, boala granulomatoasă cronică se dezvoltă atunci când există o deficiență în producerea de NADPH.
Referințe
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biochimie. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Calea fosfatului pentos în bolile neuromusculare - evaluarea glucozei musculare 6 - activitatea fosfat dehidrogenazei și conținutul de ARN. Rinsho shinkeigak. Neurologie clinică, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Rolul emergent al căii fosfatului pentoză în carcinomul hepatocelular. Frontiere în oncologie, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Calea pentozei fosfatului și cancerul. Tendințe în științele biochimice, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E., … și Keller, MA (2015). Întoarcerea metabolismului: biochimie și fiziologia căii fosfatului pentoză. Recenzii biologice, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Biochimie. Artmed Editor.