Pentóza fosfát dráha , tiež známy ako hexosová monofosfátu zneužívanie, je základná metabolickou cestou, ktorej konečný produkt je ribózy, nevyhnutné pre nukleotid a cesty syntézy nukleových kyselín, ako je napríklad DNA, RNA, ATP, NADH, FAD a koenzým A.
Produkuje tiež NADPH (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát), ktorý sa používa pri rôznych enzymatických reakciách. Táto cesta je veľmi dynamická a je schopná prispôsobiť svoje produkty v závislosti od momentálnych potrieb buniek.
ATP (adenozíntrifosfát) sa považuje za „energetickú menu“ bunky, pretože jej hydrolýza sa môže spájať so širokým spektrom biochemických reakcií.
Rovnakým spôsobom je NADPH okrem iného nevyhnutnou druhou energetickou menou na redukčnú syntézu mastných kyselín, syntézu cholesterolu, syntézu neurotransmiterov, fotosyntézu a detoxikačné reakcie.
Hoci štruktúra NADPH a NADH má podobnú štruktúru, pri biochemických reakciách ich nemožno zamieňať. NADPH sa podieľa na využívaní voľnej energie pri oxidácii určitých metabolitov na redukčnú biosyntézu.
Naopak, NADH sa podieľa na využívaní voľnej energie z oxidácie metabolitov na syntézu ATP.
História a umiestnenie
Známky existencie tejto cesty sa začali v roku 1930 vďaka výskumníkovi Ottovi Warburgovi, ktorý je ocenený objavom NADP + .
Určité pozorovania umožnili objavenie cesty, najmä pokračovanie dýchania v prítomnosti inhibítorov glykolýzy, ako je fluoridový ión.
Potom v roku 1950 vedci Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann a Efraim Racker opísali cestu pentózofosfátu.
Tkanivá zapojené do syntézy cholesterolu a mastných kyselín, ako sú mliečne žľazy, tukové tkanivo a obličky, majú vysoké koncentrácie enzýmov pentózofosfátu.
Pečeň je tiež dôležitým tkanivom pre túto dráhu: približne 30% oxidácie glukózy v tomto tkanive sa vyskytuje vďaka enzýmom pentózofosfátovej dráhy.
Vlastnosti
Dráha pentózofosfátu je zodpovedná za udržiavanie homeostázy uhlíka v bunke. Dráha tiež syntetizuje prekurzory nukleotidov a molekúl zapojených do syntézy aminokyselín (stavebné bloky peptidov a proteínov).
Je hlavným zdrojom redukcie energie pre enzymatické reakcie. Okrem toho poskytuje potrebné molekuly pre anabolické reakcie a pre obranné procesy proti oxidačnému stresu. Posledná fáza dráhy je kritická pri redoxných procesoch v stresových situáciách.
fázy
Dráha pentózofosfátu pozostáva z dvoch fáz v bunkovom cytozole: oxidačná, ktorá generuje NADPH s oxidáciou glukóza-6-fosfátu na ribóza-5-fosfát; a neoxidačný oxid, ktorý zahrnuje vzájomnú premenu troch, štyroch, piatich, šiestich a siedmich uhlíkových cukrov.
Táto cesta predstavuje reakcie zdieľané s Calvinovým cyklom as Entner - Doudoroffovou cestou, ktorá je alternatívou k glykolýze.
Oxidačná fáza
Oxidačná fáza začína dehydrogenáciou glukózo-6-fosfátovej molekuly na uhlíku 1. Táto reakcia je katalyzovaná enzýmom glukóza-6-fosfátdehydrogenáza, ktorý má vysokú špecificitu pre NADP + .
Produkt tejto reakcie je 6-fosfonoglukon-5-laktón. Tento produkt sa potom hydrolyzuje enzýmom laktonáza za vzniku 6-fosfoglukonátu. Posledne menovaná zlúčenina sa absorbuje enzýmom 6-fosfoglukonát dehydrogenáza a stáva sa 5-fosfátom ribulózy.
Enzym fosfopentóza izomeráza katalyzuje posledný krok oxidačnej fázy, ktorý zahrnuje syntézu ribóza-5-fosfátu izomerizáciou ribulóza-5-fosfátu.
Táto séria reakcií produkuje dve molekuly NADPH a jednu molekulu 5-fosfátu ribózy pre každú molekulu 6-fosfátu glukózy, ktorá vstupuje do tejto enzymatickej dráhy.
V niektorých bunkách sú požiadavky na NADPH vyššie ako požiadavky na 5-fosfát ribózy. Enzymy transketoláza a transaldolasa preto berú ribóza-5-fosfát a konvertujú ho na glyceraldehyd-3-fosfát a fruktózu-6-fosfát, čím sa uvoľňuje neoxidačná fáza. Tieto posledné dve zlúčeniny môžu vstúpiť do glykolytickej dráhy.
Neoxidačná fáza
Fáza začína epimerizačnou reakciou katalyzovanou enzýmom pentóza-5-fosfát epimeráza. Ribulóza-5-fosfát je absorbovaný týmto enzýmom a konvertovaný na xylulóza-5-fosfát.
Produkt je absorbovaný enzýmom transketolázou, ktorá pôsobí spolu s koenzýmom tiamínpyrofosfátom (TTP), ktorý katalyzuje prechod xylulóza-5-fosfátu na ribóza-5-fosfát. S prenosom ketózy na aldózu sa vytvára glyceraldehyd-3-fosfát a sedoheptuóza-7-fosfát.
Enzým transaldoláza potom prenesie C3 z molekuly sedoheptuulóza-7-fosfátu na glyceraldehyd-3-fosfát, čím sa získa cukor so štyrmi uhlíkmi (erytróza-4-fosfát) a šesťuhličitý cukor (fruktóza-6). fosfát). Tieto produkty sú schopné dodávať glykolytickú cestu.
Transketosálny enzým opäť pôsobí na prenos C2 z xylulóza-5-fosfátu na erytrózu-4-fosfát, čo vedie k fruktóze-6-fosfátu a glyceraldehyd-3-fosfátu. Rovnako ako v predchádzajúcom kroku môžu tieto produkty vstúpiť do glykolýzy.
Táto druhá fáza spája cesty, ktoré generujú NADPH, s tými, ktorí sú zodpovední za syntézu ATP a NADH. Ďalej produkty fruktóza-6-fosfát a glyceraldehyd-3-fosfát môžu vstúpiť do glukoneogenézy.
Súvisiace choroby
S pentózofosfátovou cestou súvisia rôzne patológie medzi týmito neuromuskulárnymi chorobami a rôznymi druhmi rakoviny.
Väčšina klinických štúdií sa zameriava na kvantifikáciu aktivity glukóza-6-fosfát dehydrogenázy, pretože je hlavným enzýmom zodpovedným za reguláciu dráhy.
V krvných bunkách patriacich jednotlivcom citlivým na anémiu vykazujú nízku enzymatickú aktivitu glukóza-6-fosfátdehydrogenázy. Naproti tomu bunkové línie súvisiace s karcinómami v hrtane vykazujú vysokú enzýmovú aktivitu.
NADPH sa podieľa na produkcii glutatiónu, kľúčovej peptidovej molekuly pri ochrane proti reaktívnym druhom kyslíka, ktorá sa podieľa na oxidačnom stresu.
Rôzne typy rakoviny vedú k aktivácii pentózovej dráhy a sú spojené s procesmi metastázy, angiogenézy a reakciami na chemoterapiu a rádioterapiu.
Na druhej strane, chronické granulomatózne ochorenie sa vyvíja, keď je nedostatok produkcie NADPH.
Referencie
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biochémie. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Dusíková fosfátová dráha pri neuromuskulárnych ochoreniach - hodnotenie aktivity svalovej glukózy 6 - fosfát dehydrogenázy a obsahu RNA. Rinsho shinkeigak. Klinická neurológia, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Vznikajúca úloha pentózofosfátovej dráhy pri hepatocelulárnom karcinóme. Hranice v onkológii, 7, 87.
- Patra, KC a Hay, N. (2014). Penta-fosfátová dráha a rakovina. Trendy v biochemických vedách, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Návrat metabolizmu: biochémia a fyziológia dráhy pentózofosfátu. Biological Reviews, 90 (3), 927 - 963.
- Voet, D., a Voet, JG (2013). Biochémie. Artmed Editor.