Pot pentoznega fosfata, znana tudi kot diverzija hekso monofosfata, je temeljna presnovna pot, katere končni produkt so riboze, potrebne za poti sinteze nukleotidov in nukleinskih kislin, kot so DNK, RNA, ATP, NADH, FAD in koencim A.
Prav tako proizvaja NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat), ki se uporablja v različnih encimskih reakcijah. Ta pot je zelo dinamična in lahko prilagodi svoje izdelke glede na trenutne potrebe celic.
ATP (adenozin trifosfat) velja za "energijsko valuto" celice, saj se njegova hidroliza lahko poveže s širokim razponom biokemičnih reakcij.
Na enak način je NADPH bistvena druga energetska valuta za reduktivno sintezo maščobnih kislin, sintezo holesterola, sintezo nevrotransmiterjev, fotosintezo in reakcije razstrupljanja.
Čeprav sta NADPH in NADH v strukturi podobna, ju ne moremo zameniti v biokemičnih reakcijah. NADPH sodeluje pri uporabi proste energije pri oksidaciji nekaterih presnovkov za reduktivno biosintezo.
Nasprotno pa NADH sodeluje pri uporabi proste energije iz oksidacije presnovkov za sintezo ATP.
Zgodovina in lokacija
Nakazi o obstoju te poti so se začeli leta 1930 po zaslugi raziskovalca Otta Warburga, ki je zaslužen za odkritje NADP + .
Določena opažanja so omogočila odkritje poti, zlasti nadaljevanje dihanja v prisotnosti zaviralcev glikolize, kot je fluoridni ion.
Nato so leta 1950 znanstveniki Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann in Efraim Racker opisali pot pentoznega fosfata.
Tkiva, ki sodelujejo pri sintezi holesterola in maščobnih kislin, kot so mlečne žleze, maščobno tkivo in ledvice, imajo visoko koncentracijo encimov pentoza fosfata.
Jetra so tudi pomembno tkivo za to pot: približno 30% oksidacije glukoze v tem tkivu nastane zahvaljujoč encimom pentoznega fosfata.
Lastnosti
Pot pentoznega fosfata je odgovorna za vzdrževanje homeostaze ogljika v celici. Prav tako pot sintetizira prekurzorje nukleotidov in molekul, ki sodelujejo pri sintezi aminokislin (gradniki peptidov in beljakovin).
Je glavni vir zmanjšanja moči encimskih reakcij. Poleg tega zagotavlja potrebne molekule za anabolične reakcije in za obrambne procese pred oksidativnim stresom. Zadnja faza je kritična v redoks procesih v stresnih situacijah.
Faze
Pot pentoznega fosfata je sestavljena iz dveh faz v celičnem citosolu: oksidativne, ki tvori NADPH z oksidacijo glukoza-6-fosfata v ribozo-5-fosfat; in neoksidativni, ki vključuje medsebojno pretvorbo treh, štirih, petih, šestih in sedmih ogljikovih sladkorjev.
Ta pot predstavlja reakcije, ki se delijo s ciklusom Calvin in s potjo Entner - Doudoroff, kar je alternativa glikolizi.
Faza oksidacije
Oksidativna faza se začne z dehidrogenacijo molekule glukoza-6-fosfata na ogljiku 1. To reakcijo katalizira encim glukoza-6-fosfat dehidrogenaza, ki ima visoko specifičnost za NADP + .
Produkt te reakcije je 6-fosfonoglukon-8-lakton. Ta izdelek nato hidrolizira encim laktonazo, da dobimo 6-fosfoglukonat. Slednjo spojino prevzame encim 6-fosfoglukonat dehidrogenaza in postane ribuloza 5-fosfat.
Encim fosfopentoza izomeraza katalizira zadnjo stopnjo oksidativne faze, ki vključuje sintezo riboza 5-fosfata z izomerizacijo ribuloza 5-fosfata.
Ta serija reakcij proizvede dve molekuli NADPH in eno molekulo riboze 5-fosfata za vsako molekulo glukoznega 6-fosfata, ki vstopi na to encimsko pot.
V nekaterih celicah so potrebe po NADPH večje kot pri riboze 5-fosfatu. Zato encimova transketolaza in transaldolaza prevzameta ribozo 5-fosfat in ga pretvorita v gliceraldehid 3-fosfat in fruktozo 6-fosfat, s čimer prideta do oksidacijske faze. Ti zadnji spojini lahko vstopata v glikolitično pot.
Neoksidativna faza
Faza se začne z reakcijo epimerizacije, ki jo katalizira encim pentoza-5-fosfatna epimeraza. Ta encim prevzame ribuloza-5-fosfat in ga pretvori v ksiluloza-5-fosfat.
Zdravilo prevzame encim transketolaza, ki deluje skupaj s koencimom tiamin pirofosfatom (TTP), ki katalizira prehod ksiluloze-5-fosfata v riboze-5-fosfat. S prenosom ketoze v aldozo nastajata gliceraldehid-3-fosfat in sedoheptuloza-7-fosfat.
Encim transaldolaza nato C3 prenese iz molekule sedoheptuloze-7-fosfata v gliceraldehid-3-fosfat, pri čemer nastane štiri ogljikov sladkor (eritroza-4-fosfat) in šest-ogljikov sladkor (fruktoza-6 -fosfat). Ti izdelki lahko hranijo glikolitično pot.
Transketosalni encim ponovno deluje na prenos C2 iz ksiluloze-5-fosfata v eritroz-4-fosfat, kar ima za posledico fruktozo-6-fosfat in gliceraldehid-3-fosfat. Tako kot v prejšnjem koraku lahko tudi ti izdelki vstopijo v glikolizo.
Ta druga faza povezuje poti, ki ustvarjajo NADPH, s tistimi, ki so odgovorne za sintezo ATP in NADH. Poleg tega lahko proizvodi fruktoza-6-fosfat in gliceraldehid-3-fosfat vstopijo v glukoneogenezo.
Sorodne bolezni
Različne patologije so povezane s pentose fosfatno potjo, med temi živčno-mišičnimi boleznimi in različnimi vrstami raka.
Večina kliničnih študij se osredotoča na količinsko določitev aktivnosti glukoza-6-fosfat dehidrogenaze, ker je glavni encim, odgovoren za uravnavanje poti.
V krvnih celicah, ki pripadajo posameznikom, dovzetnim za anemijo, predstavljajo nizko encimsko aktivnost glukoza-6-fosfat dehidrogenaze. Nasprotno pa imajo celične linije, povezane s karcinomi v grlu, visoko encimsko aktivnost.
NADPH sodeluje pri proizvodnji glutationa, ključne peptidne molekule za zaščito pred reaktivnimi kisikovimi vrstami, ki sodelujejo v oksidativnem stresu.
Različne vrste raka vodijo do aktiviranja pentozne poti in je povezano s procesi metastaz, angiogenezo in odzivi na kemoterapijo in radioterapijsko zdravljenje.
Po drugi strani se kronična granulomatozna bolezen razvije, ko pride do pomanjkanja proizvodnje NADPH.
Reference
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokemija. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pot pentoznega fosfata pri nevromuskularnih boleznih - ocena mišične glukoze 6 - aktivnosti fosfat dehidrogenaze in vsebnosti RNK. Rinsho shinkeigak. Klinična nevrologija, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Nastajajoča vloga pentose fosfatne poti pri hepatocelularnem karcinomu. Meje v onkologiji, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Pot pentoznega fosfata in rak. Trendi biokemijskih znanosti, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Vrnitev metabolizma: biokemija in fiziologija pentose fosfatne poti. Biološki pregledi, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Biokemija. Umetniški urednik.