ПЕНТОЗНЫЕ ПУТИ: ФАЗЫ И РОДСТВЕННЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Пентозы фосфатный путь , также известный как гексозы монофосфата утечка, является основным метаболическим путем которого конечным продукт рибоза, необходимого для нуклеотида и кислотных путей синтеза нуклеиновых, таких как ДНК, РНК, АТФ, НАДНО, ФАД и кофермент А.

Он также производит НАДФН (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), используемый в различных ферментативных реакциях. Этот путь очень динамичен и способен адаптировать свои продукты в зависимости от текущих потребностей клеток.

АТФ (аденозинтрифосфат) считается «энергетической валютой» клетки, поскольку его гидролиз может быть связан с широким спектром биохимических реакций.

Таким же образом НАДФН является важной второй энергетической валютой для восстановительного синтеза жирных кислот, синтеза холестерина, синтеза нейротрансмиттеров, фотосинтеза и реакций детоксикации, среди прочего.

Хотя НАДФН и НАДН похожи по структуре, они не могут использоваться взаимозаменяемо в биохимических реакциях. НАДФН участвует в использовании свободной энергии при окислении некоторых метаболитов для восстановительного биосинтеза.

Напротив, НАДН участвует в использовании свободной энергии окисления метаболитов для синтеза АТФ.

История и местонахождение

Признаки существования этого пути начались в 1930 году благодаря исследователю Отто Варбургу, которому приписывают открытие NADP ⁺ .

Определенные наблюдения позволили открыть этот путь, в частности, продолжение дыхания в присутствии ингибиторов гликолиза, таких как ион фтора.

Затем, в 1950 году, ученые Фрэнк Диккенс, Бернард Хорекер, Фриц Липманн и Эфраим Ракер описали пентозофосфатный путь.

Ткани, участвующие в синтезе холестерина и жирных кислот, такие как молочные железы, жировая ткань и почки, имеют высокие концентрации пентозофосфатных ферментов.

Печень также является важной тканью для этого пути: примерно 30% окисления глюкозы в этой ткани происходит благодаря ферментам пентозофосфатного пути.

Характеристики

Пентозофосфатный путь отвечает за поддержание гомеостаза углерода в клетке. Точно так же этот путь синтезирует предшественников нуклеотидов и молекул, участвующих в синтезе аминокислот (строительных блоков пептидов и белков).

Это основной источник восстанавливающей силы ферментативных реакций. Кроме того, он обеспечивает молекулы, необходимые для анаболических реакций и защитных процессов от окислительного стресса. Последняя фаза пути важна для окислительно-восстановительных процессов в стрессовых ситуациях.

Этапы

Пентозофосфатный путь состоит из двух фаз в цитозоле клетки: окислительной, которая генерирует НАДФН при окислении глюкозо-6-фосфата до рибозо-5-фосфата; и неокислительный, который включает взаимное превращение трех, четырех, пяти, шести и семи углеродных сахаров.

Этот путь представляет реакции, общие с циклом Кальвина и с путем Энтнера-Дудорова, который является альтернативой гликолизу.

Окислительная фаза

Окислительная фаза начинается с дегидрирования молекулы глюкозо-6-фосфата на углероде 1. Эта реакция катализируется ферментом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой, который обладает высокой специфичностью к НАДФ ⁺ .

Продуктом этой реакции является 6-фосфоноглюкон-δ-лактон. Затем этот продукт гидролизуется ферментом лактоназой с образованием 6-фосфоглюконата. Последнее соединение поглощается ферментом 6-фосфоглюконатдегидрогеназой и становится рибулозо-5-фосфатом.

Фермент фосфопентозомераза катализирует заключительный этап окислительной фазы, который включает синтез рибозо-5-фосфата путем изомеризации рибулозо-5-фосфата.

Эта серия реакций дает две молекулы НАДФН и одну молекулу рибозо-5-фосфата на каждую молекулу глюкозо-6-фосфата, которая вступает в этот ферментативный путь.

В некоторых клетках потребности в НАДФН выше, чем в рибозо-5-фосфате. Таким образом, ферменты транскетолаза и трансальдолаза берут рибозо-5-фосфат и превращают его в глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат, уступая место неокислительной фазе. Эти последние два соединения могут вступать в гликолитический путь.

Неокислительная фаза

Фаза начинается с реакции эпимеризации, катализируемой ферментом пентозо-5-фосфатэпимеразой. Рибулозо-5-фосфат поглощается этим ферментом и превращается в ксилулозо-5-фосфат.

Продукт поглощается ферментом транскетолазой, который действует вместе с коферментом тиаминпирофосфатом (ТТФ), который катализирует переход ксилулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат. При переходе кетозы в альдозу образуются глицеральдегид-3-фосфат и седогептулозо-7-фосфат.

Затем фермент трансальдолаза переводит C3 из молекулы седогептулозо-7-фосфата в глицеральдегид-3-фосфат, производя четырехуглеродный сахар (эритрозо-4-фосфат) и шестиуглеродный сахар (фруктоза-6). -фосфат). Эти продукты способны питать гликолитический путь.

Транскетозный фермент снова действует для переноса C2 от ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4-фосфат, что приводит к образованию фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата. Как и на предыдущем этапе, эти продукты могут вступать в процесс гликолиза.

Эта вторая фаза связывает пути, которые генерируют НАДФН, с путями, ответственными за синтез АТФ и НАДН. Кроме того, продукты фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат могут вступать в глюконеогенез.

Сопутствующие заболевания

Различные патологии связаны с пентозофосфатным путем между этими нервно-мышечными заболеваниями и различными типами рака.

Большинство клинических исследований сосредоточено на количественном определении активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, поскольку это основной фермент, отвечающий за регулирование этого пути.

В клетках крови людей, предрасположенных к анемии, они проявляют низкую ферментативную активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Напротив, клеточные линии, относящиеся к карциномам гортани, проявляют высокую ферментативную активность.

НАДФН участвует в производстве глутатиона, ключевой молекулы пептида в защите от активных форм кислорода, участвующих в окислительном стрессе.

Различные типы рака приводят к активации пентозного пути, что связано с процессами метастазирования, ангиогенеза и ответами на химиотерапию и лучевую терапию.

С другой стороны, хроническая гранулематозная болезнь развивается при дефиците продукции НАДФН.

Ссылки

1. Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л., Страйер, Л. (2002). Биохимия. WH Freeman
2. Конагая М., Конагая Ю., Хорикава Х. и Иида М. (1990). Пентозофосфатный путь при нервно-мышечных заболеваниях - оценка мышечной глюкозы 6 - активности фосфатдегидрогеназы и содержания РНК. Риншо шинкейгак. Клиническая неврология, 30 (10), 1078-1083.
3. Ковалик, М.А., Колумбано, А., и Перра, А. (2017). Возникающая роль пентозофосфатного пути в гепатоцеллюлярной карциноме. Границы онкологии, 7, 87.
4. Патра, KC, и Хэй, Н. (2014). Пентозофосфатный путь и рак. Направления биохимических наук, 39 (8), 347–354.
5. Стинконе, А., Приджоне, А., Крамер, Т., Вамелинк, М., Кэмпбелл, К., Чунг, Э.,… и Келлер, М.А. (2015). Возврат метаболизма: биохимия и физиология пентозофосфатного пути. Биологические обзоры, 90 (3), 927–963.
6. Воет, Д., и Воет, JG (2013). Биохимия. Художественный редактор.