Μονοπάτια των φάσεων πεντόζης και σχετικών ασθενειών



Το διαδρομή των πεντόζων φωσφορικό, επίσης γνωστή ως εξόζες προώθηση μονοφωσφορική, είναι μια θεμελιώδης μεταβολική οδός του οποίου το τελικό προϊόν την απαραίτητη για τα δρομολόγια σύνθεση νουκλεοτιδίων και των νουκλεϊκών οξέων, όπως DNA, RNA, ΑΤΡ, NADH, FAD και το συνένζυμο Α ριβόζη.

Παράγει επίσης NADPH (φωσφορική δινουκλεοτιδική νικοτιναμιδική αδενίνη), που χρησιμοποιείται σε διάφορες ενζυματικές αντιδράσεις. Αυτή η διαδρομή είναι πολύ δυναμική και ικανή να προσαρμόζει τα προϊόντα της ανάλογα με τις στιγμιαίες ανάγκες των κυττάρων.

Το ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσίνη) θεωρείται το "ενεργειακό νόμισμα" του κυττάρου, επειδή η υδρόλυση του μπορεί να συνδυαστεί με ένα ευρύ φάσμα βιοχημικών αντιδράσεων.

Ομοίως, ένα δεύτερο NADPH απαιτείται για αναγωγική σύνθεση των λιπαρών οξέων, σύνθεση χοληστερόλης, τη σύνθεση του νευροδιαβιβαστή, φωτοσύνθεση και αποτοξίνωση αντιδράσεις ενέργειας νόμισμα, συμπεριλαμβανομένων.

Αν και τα NADPH και NADH είναι παρόμοια δομή, δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά σε βιοχημικές αντιδράσεις. Το NADPH συμμετέχει στη χρήση της ελεύθερης ενέργειας στην οξείδωση ορισμένων μεταβολιτών για αναγωγική βιοσύνθεση.

Αντιθέτως, το NADH εμπλέκεται στη χρήση της ελεύθερης ενέργειας από την οξείδωση των μεταβολιτών για τη σύνθεση του ΑΤΡ.

Ευρετήριο

  • 1 Ιστορικό και τοποθεσία
  • 2 Λειτουργίες
  • 3 φάσεις
    • 3.1 Οξειδωτική φάση
    • 3.2 Μη οξειδωτική φάση
  • 4 Σχετικές ασθένειες
  • 5 Αναφορές

Ιστορικό και τοποθεσία

Οι ενδείξεις για την ύπαρξη αυτής της διαδρομής άρχισαν το έτος 1930 χάρη στον ερευνητή Otto Warburg, στον οποίο αποδίδεται η ανακάλυψη του NADP+.

Ορισμένες παρατηρήσεις επέτρεψαν την ανακάλυψη της οδού, ιδιαίτερα τη συνέχιση της αναπνοής παρουσία αναστολέων γλυκόλυσης, όπως το φθοριούχο ιόν.

Στη συνέχεια, το 1950 οι επιστήμονες Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann και Efraim Racker περιέγραψαν την οδό φωσφορικής πεντόζης.

Οι ιστοί που εμπλέκονται στη σύνθεση της χοληστερόλης και λιπαρών οξέων, όπως μαστικούς αδένες, λιπώδη ιστό και νεφροί έχουν υψηλές συγκεντρώσεις των ενζύμων φωσφορικής πεντόζης.

Το ήπαρ είναι επίσης ένας σημαντικός ιστός για αυτή την οδό: περίπου το 30% της οξείδωσης της γλυκόζης σε αυτόν τον ιστό συμβαίνει χάρη στα ένζυμα της οδού φωσφορικής πεντόζης.

Λειτουργίες

Η οδός φωσφορικής πεντόζης είναι υπεύθυνη για τη διατήρηση της ομοιόστασης του άνθρακα στο κύτταρο. Ομοίως, η οδός συνθέτει τους προδρόμους των νουκλεοτιδίων και των μορίων που εμπλέκονται στη σύνθεση των αμινοξέων (τα δομικά τμήματα των πεπτιδίων και των πρωτεϊνών).

Είναι η κύρια πηγή μειωμένης ισχύος για ενζυμικές αντιδράσεις. Επιπλέον, παρέχει τα απαραίτητα μόρια για αναβολικές αντιδράσεις και για αμυντικές διαδικασίες έναντι οξειδωτικού στρες. Η τελευταία φάση της διαδρομής είναι κρίσιμη για τις διαδικασίες οξειδοαναγωγής σε περιπτώσεις καταπόνησης.

Φάσεις

Το μονοπάτι φωσφορικής πεντόζης αποτελείται από δύο φάσεις στο κύτταρο κυτοσόλιο: οξειδωτικό, NADPH δημιουργώντας την οξείδωση της 6-φωσφορικής γλυκόζης προς ριβόζη-5-φωσφορική? και μη οξειδωτικό, το οποίο περιλαμβάνει την ενδομετατροπή των σακχάρων των τριών, τεσσάρων, πέντε, έξι και επτά ανθράκων.

Αυτή η οδός παρουσιάζει κοινές αντιδράσεις με τον κύκλο Calvin και με την οδό Entner-Doudoroff, η οποία είναι μια εναλλακτική λύση στη γλυκόλυση.

Οξειδωτική φάση

φάσης οξειδωτική αφυδρογόνωση αρχίζει με μια γλυκόζη μόριο 6-φωσφορικής επί άνθρακα 1. Αυτή η αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο δεϋδρογενάση γλυκόζης-6-φωσφορικής, η οποία έχει μια υψηλή εξειδίκευση για NADP+.

Το προϊόν αυτής της αντίδρασης είναι 6-φωσφονογλυκόνο-δ-λακτόνη. Στη συνέχεια, το προϊόν αυτό υδρολύεται από το ένζυμο λακτόνα για να δώσει 6-φωσφογλυκονικό άλας. Η τελευταία ένωση λαμβάνεται από το ένζυμο 6-φωσφογλυκονική δεϋδρογενάση και γίνεται 5-φωσφορική ριβουλόζη.

Fosfopentosa ένζυμο ισομεράση καταλύει το τελικό στάδιο της οξειδωτικής φάσης, η οποία περιλαμβάνει την σύνθεση της ριβόζης 5-φωσφορική με ισομερισμό της ριβουλόζης 5-φωσφορικής.

Αυτή η σειρά αντιδράσεων παράγει δύο μόρια NADPH και ένα μόριο 5-φωσφορικής ριβόζης ανά μόριο 6-φωσφορικής γλυκόζης που εισέρχεται στην ενζυματική αυτή οδό.

Σε ορισμένα κύτταρα, οι απαιτήσεις NADPH είναι μεγαλύτερες από αυτές της 5-φωσφορικής ριβόζης. Ως εκ τούτου, τρανσκετολάσης και transaldolase τα ένζυμα λάβουν τη ριβόζη 5-φωσφορική και μετατρέπει 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης και 6-φωσφορική φρουκτόζη, οδηγώντας σε μη-οξειδωτικές φάση. Αυτές οι δύο τελευταίες ενώσεις μπορούν να εισέλθουν στην γλυκολυτική οδό.

Μη οξειδωτική φάση

Η φάση αρχίζει με αντίδραση επιμερισμού που καταλύεται από το ένζυμο πεντοζης-5-φωσφορικής επιμεράσης. Η 5-φωσφορική ριβουλόζη λαμβάνεται από αυτό το ένζυμο και μετατρέπεται σε 5-φωσφορική ξυλουλόζη.

Το προϊόν λαμβάνεται από το ένζυμο τρανσκετολάσης ενεργεί από κοινού με το πυροφωσφορικό συνένζυμο θειαμίνη (ΤΡΡ) το οποίο καταλύει τη διέλευση των ξυλουλόζης 5-φωσφορική ριβόζη έως-5-φωσφορικό άλας. Με τη μεταφορά της κετόζης σε αλδόζη, παράγονται 3-φωσφορική γλυκεραλδεϋδη και 7-φωσφορική σουδοεπτουλόζη.

Στη συνέχεια transaldolase ένζυμο μεταφέρει το μόριο C3 σεδοεπτουλόζη 7-φωσφορικού προς γλυκεραλδεΰδης-3-φωσφορικής, η οποία παράγει ένα σάκχαρο τεσσάρων-άνθρακα (ερυθρόζη-4-φωσφορική) και μια έξι-άνθρακα (φρουκτόζη-6 -φωσφορικό). Αυτά τα προϊόντα είναι ικανά να τροφοδοτούν τη γλυκολυτική οδό.

Το ένζυμο δρα transcetosala πάλι για τη μεταφορά ενός C2 ξυλουλόζη 5-φωσφορικού προς ερυθρόζη-4-φωσφορικού, που οδηγεί σε 6-φωσφορική φρουκτόζη και έχει ως αποτέλεσμα γλυκεραλδεϋδο-3-φωσφορικής. Όπως και στο προηγούμενο στάδιο, αυτά τα προϊόντα μπορούν να εισέλθουν σε γλυκόλυση.

Αυτή η δεύτερη φάση συνδέει τις οδούς που παράγουν το NADPH με εκείνους που είναι υπεύθυνοι για τη σύνθεση των ATP και NADH. Επιπλέον, τα προϊόντα 6-φωσφορικής φρουκτόζης και 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης μπορούν να εισέλθουν στη γλυκονεογένεση.

Σχετικές ασθένειες

Διαφορετικές παθολογίες σχετίζονται με τη διαδρομή της φωσφορικής πεντόζης, μεταξύ αυτών των νευρομυϊκών ασθενειών και των διαφόρων τύπων καρκίνου.

Οι περισσότερες κλινικές μελέτες επικεντρώνονται στην ποσοτικοποίηση της δραστηριότητας της 6-φωσφορικής αφυδρογονάσης γλυκόζης, επειδή είναι το κύριο ένζυμο που είναι υπεύθυνο για τη ρύθμιση της οδού.

Στα κύτταρα του αίματος που ανήκουν σε άτομα ευαίσθητα στην αναιμία, έχουν χαμηλή ενζυματική δραστικότητα της αφυδρογονάσης γλυκόζης-6-φωσφορικής. Αντίθετα, κυτταρικές σειρές που σχετίζονται με καρκινώματα στον λάρυγγα εμφανίζουν υψηλή ένζυμο δραστικότητα.

Το NADPH εμπλέκεται στην παραγωγή γλουταθειόνης, ενός βασικού πεπτιδικού μορίου στην προστασία από αντιδραστικά είδη οξυγόνου που εμπλέκονται σε οξειδωτικό στρες.

Καρκίνοι να οδηγήσει στην ενεργοποίηση του πεντόζης και διαδικασιών που σχετίζονται με τη μετάσταση, αγγειογένεση και αποκρίσεις σε θεραπείες χημειοθεραπείας και ακτινοθεραπείας.

Από την άλλη πλευρά, η χρόνια κοκκιωματώδης ασθένεια αναπτύσσεται όταν υπάρχει ανεπάρκεια στην παραγωγή του NADPH.

Αναφορές

  1. Berg, J. Μ., Tymoczko, J.L., Stryer, L (2002). Βιοχημεία. WH Freeman
  2. Konagaya, Μ., Konagaya, Υ., Horikawa, Η., & Iida, Μ. (1990). Φάση πεντοζικού φωσφορικού άλατος σε νευρομυϊκές παθήσεις-αξιολόγηση της δραστικότητας αφυδρογονάσης 6-φωσφορικής γλυκόζης των μυών και περιεχομένου RNA. Rinsho shinkeigak. Κλινική νευρολογία, 30(10), 1078-1083.
  3. Kowalik, Μ.Α., Columbano, Α., & Perra, Α. (2017). Αναδυόμενος ρόλος της οδού φωσφορικής πεντόζης στο ηπατοκυτταρικό καρκίνωμα. Τα σύνορα στην ογκολογία, 7, 87.
  4. Patra, Κ. C., & Hay, Ν. (2014). Η οδός φωσφορικής πεντόζης και ο καρκίνος. Τάσεις στις βιοχημικές επιστήμες, 39(8), 347-354.
  5. Stincone, Α., Prigione, Α., Cramer, Τ., Wamelink, Μ., Campbell, Κ., Cheung, Ε., & Keller, Μ. Α. (2015). Η επιστροφή του μεταβολισμού: βιοχημεία και φυσιολογία της οδού φωσφορικής πεντόζης. Βιολογικές ανασκοπήσεις, 90(3), 927-963.
  6. Voet, D., & Voet, J. G. (2013). Βιοχημεία. Artmed Εκδότης.