ПЕНТОЗНИ ПЪТИЩА: ФАЗИ И СВЪРЗАНИ ЗАБОЛЯВАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

В пентоза фосфат път, известен също като монофосфат отклоняването на хексоза, е основен метаболитен път, чиито краен продукт е riboses, необходимо за нуклеотидната и нуклеинови киселини за синтез пътища, такива като ДНК, РНК, АТР, NADH, FAD и коензим А.

Той също така произвежда NADPH (никотинамид аденин динуклеотид фосфат), използван при различни ензимни реакции. Този път е много динамичен и способен да адаптира своите продукти в зависимост от моментните нужди на клетките.

АТФ (аденозин трифосфат) се счита за "енергийна валута" на клетката, тъй като нейната хидролиза може да бъде свързана с широк спектър от биохимични реакции.

По същия начин NADPH е основна втора енергийна валута за редуктивния синтез на мастни киселини, синтеза на холестерол, синтеза на невротрансмитери, реакции на фотосинтеза и детоксикация.

Въпреки че NADPH и NADH са сходни по структура, те не могат да се използват взаимозаменяемо при биохимични реакции. NADPH участва в използването на свободната енергия при окисляването на някои метаболити за редуктивна биосинтеза.

За разлика от това, NADH участва в използването на свободна енергия от окисляване на метаболити за синтезиране на АТФ.

История и местоположение

Показанията за съществуването на този път започват през 1930 г. благодарение на изследователя Ото Варбург, който е кредитиран за откриването на NADP ⁺.

Някои наблюдения позволиха откриването на пътя, по-специално продължаването на дишането в присъствието на инхибитори на гликолиза, като флуоридния йон.

Тогава, през 1950 г., учените Франк Дикенс, Бернар Хорекер, Фриц Липман и Ефраим Ракер описаха пътя на пентаза фосфат.

Тъканите, участващи в синтеза на холестерол и мастни киселини, като млечните жлези, мастната тъкан и бъбреците, имат високи концентрации на ентози на пентоза фосфат.

Черният дроб също е важна тъкан за този път: приблизително 30% от окисляването на глюкозата в тази тъкан се осъществява благодарение на ензимите на пентазофосфатния път.

Характеристика

Пентозният фосфатен път е отговорен за поддържането на хомеостазата на въглерода в клетката. По същия начин, пътят синтезира прекурсорите на нуклеотиди и молекули, участващи в синтеза на аминокиселини (градивни елементи на пептиди и протеини).

Той е основният източник за намаляване на мощността за ензимните реакции. В допълнение, той осигурява необходимите молекули за анаболни реакции и за защитни процеси срещу оксидативен стрес. Последната фаза на пътя е критична при окислително-възстановителни процеси при стресови ситуации.

Фази

Пентозният фосфатен път се състои от две фази в клетъчния цитозол: окислителна, която генерира NADPH с окисляването на глюкозо-6-фосфат до рибоза-5-фосфат; и неокислителен, който включва взаимовръщане на захари от три, четири, пет, шест и седем въглерода.

Този път представя реакции, споделени с цикъла на Калвин и с пътя Ентър - Дудоров, което е алтернатива на гликолизата.

Окислителна фаза

Окислителната фаза започва с дехидрогенирането на молекулата глюкоза-6-фосфат при въглерод 1. Тази реакция се катализира от ензима глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа, който има висока специфичност за NADP ⁺.

Продуктът на тази реакция е 6-фосфоноглюкон-8-лактон. След това този продукт се хидролизира от ензима лактоназа, за да се получи 6-фосфоглюконат. Последното съединение се поема от ензима 6-фосфоглюконат дехидрогеназа и става рибулозен 5-фосфат.

Ензимната фосфопентоза изомераза катализира последния етап от окислителната фаза, който включва синтеза на рибоза 5-фосфат чрез изомеризация на рибулоза 5-фосфат.

Тази серия от реакции произвежда две молекули NADPH и една молекула рибоза 5-фосфат за всяка молекула глюкозен 6-фосфат, която влиза в този ензимен път.

В някои клетки изискванията за NADPH са по-големи от тези за рибоза 5-фосфат. Следователно ензимите транкетолаза и трансалдолаза поемат рибоза 5-фосфат и я превръщат в глицералдехид 3-фосфат и фруктоза 6-фосфат, отстъпвайки на неокислителната фаза. Тези последни две съединения могат да влязат в гликолитичния път.

Неокислителна фаза

Фазата започва с реакция на епимеризация, катализирана от ензима пентоза-5-фосфатна епимераза. Рибулоза-5-фосфат се поема от този ензим и се превръща в ксилулоза-5-фосфат.

Продуктът е погълнат от ензима транкетолаза, който действа заедно с коензим тиамин пирофосфат (TTP), който катализира преминаването на ксилулоза-5-фосфат към рибоза-5-фосфат. С прехвърлянето на кетоза в алдоза се получават глицералдехид-3-фосфат и седохептулоза-7-фосфат.

Ензимът трансалдолаза след това прехвърля С3 от молекулата седохептулоза-7-фосфат в глицералдехид-3-фосфат, като се получава четири въглеродна захар (еритроза-4-фосфат) и шест въглеродна захар (фруктоза-6 фосфат). Тези продукти са способни да изхранват гликолитичния път.

Ензимът на транскетозала действа отново за прехвърляне на С2 от ксилулоза-5-фосфат в еритроза-4-фосфат, което води до фруктоза-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат. Както и в предишната стъпка, тези продукти могат да влязат в гликолиза.

Тази втора фаза свързва пътищата, които генерират NADPH с тези, отговорни за синтеза на ATP и NADH. Освен това продуктите фруктоза-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат могат да влязат в глюконеогенеза.

Свързани заболявания

Различните патологии са свързани с пътя на пентозния фосфат, между тези невромускулни заболявания и различни видове рак.

Повечето клинични проучвания се фокусират върху количественото определяне на активността на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа, тъй като тя е основният ензим, отговорен за регулирането на пътя.

В кръвните клетки, принадлежащи на хора, податливи на анемия, те имат ниска ензимна активност на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа. За разлика от тях, клетъчните линии, свързани с карциноми в ларинкса, проявяват висока ензимна активност.

NADPH участва в производството на глутатион, ключова пептидна молекула в защита срещу реактивни видове кислород, участващи в оксидативен стрес.

Различните видове рак водят до активиране на пътя на пентозата и той е свързан с процеси на метастази, ангиогенеза и реакции на лечение с химиотерапия и лъчетерапия.

От друга страна, хроничната грануломатозна болест се развива, когато има дефицит в производството на NADPH.

Препратки

1. Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Биохимия. WH Freeman
2. Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Пентозен фосфатен път при невромускулни заболявания - оценка на мускулната глюкоза 6 - фосфат дехидрогеназна активност и съдържание на РНК. Rinsho shinkeigak. Клинична неврология, 30 (10), 1078-1083.
3. Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Възникваща роля на пътя на пентозния фосфат при хепатоцелуларен карцином. Граници в онкологията, 7, 87.
4. Patra, KC, & Hay, N. (2014). Пентозният фосфатен път и ракът. Тенденции в биохимичните науки, 39 (8), 347–354.
5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Връщане на метаболизма: биохимия и физиология на пътя на пентоза фосфата. Биологични рецензии, 90 (3), 927–963.
6. Voet, D., & Voet, JG (2013). Биохимия. Artmed редактор.