PENTOSEVEIER: FASER OG RELATERTE SYKDOMMER - BIOLOGI - 2026

Den pentose -fosfat reaksjonsvei , også kjent som den heksosen monofosfat avledning, er en fundamental metabolsk vei hvis sluttprodukt er Riboses, nødvendig for nukleotid og nukleinsyre-synteseveier, så som DNA, RNA, ATP, NADH, FAD og koenzym A.

Det produserer også NADPH (nikotinamid adenindinukleotid fosfat), brukt i forskjellige enzymatiske reaksjoner. Denne veien er veldig dynamisk og i stand til å tilpasse produktene sine avhengig av de øyeblikkelige behovene til cellene.

ATP (adenosintrifosfat) regnes som cellenes "energivaluta", fordi dens hydrolyse kan kobles til et bredt spekter av biokjemiske reaksjoner.

På samme måte er NADPH en essensiell andre energivaluta for reduktiv syntese av fettsyrer, kolesterolsyntese, nevrotransmitter-syntese, fotosyntese og avgiftningsreaksjoner, blant andre.

Selv om NADPH og NADH har samme struktur, kan de ikke brukes om hverandre i biokjemiske reaksjoner. NADPH deltar i utnyttelsen av fri energi i oksidasjonen av visse metabolitter for reduktiv biosyntese.

I kontrast er NADH involvert i utnyttelsen av fri energi fra oksidasjon av metabolitter for å syntetisere ATP.

Historikk og beliggenhet

Indikasjonene om eksistensen av denne banen begynte i 1930 takket være forskeren Otto Warburg, som er kreditert oppdagelsen av NADP ⁺ .

Enkelte observasjoner tillot oppdagelse av banen, spesielt fortsettelse av respirasjon i nærvær av glykolysehemmere, for eksempel fluoridion.

I 1950 beskrev forskerne Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann og Efraim Racker pentosefosfatveien.

Vevene som er involvert i syntesen av kolesterol og fettsyrer, så som brystkjertlene, fettvev og nyrer, har høye konsentrasjoner av pentosefosfatenzymene.

Leveren er også et viktig vev for denne traseen: omtrent 30% av glukoseoksidasjon i dette vevet oppstår takket være enzymer i pentosefosfatveien.

Egenskaper

Pentosefosfatveien er ansvarlig for å opprettholde karbonhomeostase i cellen. På samme måte syntetiserer banen forløpere til nukleotider og molekyler som er involvert i syntesen av aminosyrer (byggesteinene til peptider og proteiner).

Det er den viktigste kilden til å redusere kraften for enzymatiske reaksjoner. I tillegg gir det de nødvendige molekylene for anabole reaksjoner og for forsvarsprosesser mot oksidativt stress. Den siste fasen av banen er kritisk i redoksprosesser under stresssituasjoner.

faser

Pentosefosfatveien består av to faser i cellen cytosol: en oksidativ en, som genererer NADPH med oksidasjon av glukose-6-fosfat til ribose-5-fosfat; og en ikke-oksidativ, som involverer interkonversjon av tre, fire, fem, seks og syv karbon sukker.

Denne ruten presenterer reaksjoner som deles med Calvin-syklusen og med Entner - Doudoroff-banen, som er et alternativ til glykolyse.

Oksidativ fase

Den oksidative fasen begynner med dehydrogenering av glukose-6-fosfatmolekylet ved karbon 1. Denne reaksjonen katalyseres av enzymet glukose-6-fosfatdehydrogenase, som har en høy spesifisitet for NADP ⁺ .

Produktet fra denne reaksjonen er 6-fosfonoglukon-5-lakton. Dette produktet hydrolyseres deretter av enzymet laktonase for å gi 6-fosfoglukonat. Den sistnevnte forbindelse tas opp av enzymet 6-fosfoglukonatdehydrogenase og blir ribulose 5-fosfat.

Enzymet fosfopentoseisomerase katalyserer det siste trinnet i den oksidative fasen, som involverer syntesen av ribose 5-fosfat ved isomerisering av ribulose 5-fosfat.

Denne reaksjonsserien produserer to molekyler av NADPH og ett molekyl av ribose 5-fosfat for hvert molekyl av glukose 6-fosfat som kommer inn i denne enzymatiske banen.

I noen celler er kravene til NADPH større enn kravene til ribose 5-fosfat. Derfor tar enzymene transketolase og transaldolase ribose 5-fosfat og omdanner det til glyceraldehyd 3-fosfat og fruktose 6-fosfat, og gir vei til den ikke-oksidative fasen. Disse to siste forbindelsene kan komme inn i den glykolytiske banen.

Ikke-oksidativ fase

Fasen begynner med en epimeriseringsreaksjon katalysert av enzymet pentose-5-fosfatepimerase. Ribulose-5-fosfat tas opp av dette enzymet og omdannes til xylulose-5-fosfat.

Produktet tas opp av enzymet transketolase som virker sammen med koenzymet tiamin pyrofosfat (TTP), som katalyserer passasjen av xylulose-5-fosfat til ribose-5-fosfat. Med overføring av ketose til aldose produseres glyceraldehyd-3-fosfat og sedoheptulose-7-fosfat.

Enzymet transaldolase overfører deretter C3 fra sedoheptulose-7-fosfatmolekylet til glyceraldehyd-3-fosfat, og produserer et fire-karbon sukker (erytrose-4-fosfat) og et seks karbon sukker (fruktose-6 fosfat). Disse produktene er i stand til å mate den glykolytiske banen.

Det transketosale enzym virker igjen for å overføre et C2 fra xylulose-5-fosfat til erytrose-4-fosfat, noe som resulterer i fruktose-6-fosfat og glyseraldehyd-3-fosfat. Som i forrige trinn, kan disse produktene gå inn i glykolyse.

Denne andre fasen kobler stier som genererer NADPH med de som er ansvarlige for å syntetisere ATP og NADH. Videre kan produktene fruktose-6-fosfat og glyseraldehyd-3-fosfat gå inn i glukoneogenese.

Beslektede sykdommer

Ulike patologier er relatert til pentosefosfatveien, mellom disse nevromuskulære sykdommer og forskjellige typer kreft.

De fleste kliniske studier fokuserer på å kvantifisere aktiviteten til glukose-6-fosfatdehydrogenase, fordi det er det viktigste enzymet som har ansvaret for å regulere banen.

I blodcellene som tilhører individer som er mottagelige for anemi, presenterer de en lav enzymatisk aktivitet av glukose-6-fosfatdehydrogenase. I kontrast viser cellelinjer relatert til karsinomer i strupehodet høy enzymaktivitet.

NADPH er involvert i produksjonen av glutathione, et sentralt peptidmolekyl i beskyttelse mot reaktive oksygenarter, involvert i oksidativt stress.

Ulike typer kreft fører til aktivering av pentoseveien, og den er assosiert med prosesser med metastase, angiogenese og responser på cellegift og strålebehandling.

På den annen side utvikles kronisk granulomatøs sykdom når det er en mangel i produksjonen av NADPH.

referanser

1. Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokjemi. WH Freeman
2. Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pentosefosfatvei ved nevromuskulære sykdommer - evaluering av muskulær glukose 6 - fosfatdehydrogenaseaktivitet og RNA-innhold. Rinsho shinkeigak. Klinisk nevrologi, 30 (10), 1078-1083.
3. Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Fremvoksende rolle av pentosefosfatveien i hepatocellulært karsinom. Frontiers in oncology, 7, 87.
4. Patra, KC, & Hay, N. (2014). Pentosefosfatveien og kreft. Trender i biokjemiske vitenskaper, 39 (8), 347–354.
5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E., … & Keller, MA (2015). Metabolismens retur: biokjemi og fysiologi i pentosefosfatveien. Biologiske anmeldelser, 90 (3), 927–963.
6. Voet, D., & Voet, JG (2013). Biokjemi. Artmed Editor.