Laluan Fasa Pentose dan Penyakit Berkaitan



The jalan pentoses fosfat, juga dikenali sebagai hexoses penghantar monophosphate, merupakan laluan asas metabolik yang produk ribose yang diperlukan untuk laluan sintesis nukleotida dan asid nukleik, seperti DNA, RNA, ATP, NADH, FAD dan koenzim A akhir.

Ia juga menghasilkan NADPH (nikotinamide adenine dinucleotide phosphate), yang digunakan dalam pelbagai reaksi enzim. Laluan ini sangat dinamik dan mampu menyesuaikan produknya bergantung kepada keperluan sel-sel yang secepat mungkin.

ATP (adenosine triphosphate) dianggap "mata wang tenaga" sel, kerana hidrolisisnya boleh digabungkan dengan pelbagai reaksi biokimia.

Dengan cara yang sama, NADPH adalah mata wang tenaga penting kedua untuk sintesis reduktor asid lemak, sintesis kolesterol, sintesis neurotransmitter, tindak balas fotosintesis dan tindak balas detoksifikasi, antara lain..

Walaupun NADPH dan NADH sama dalam struktur, mereka tidak boleh digunakan secara bergantian dalam tindak balas biokimia. NADPH mengambil bahagian dalam penggunaan tenaga bebas dalam pengoksidaan metabolit tertentu untuk biosintesis reduktif.

Sebaliknya, NADH terlibat dalam penggunaan tenaga bebas daripada pengoksidaan metabolit untuk mensintesis ATP.

Indeks

  • 1 Sejarah dan lokasi
  • 2 Fungsi
  • 3 Fasa
    • 3.1 fasa oksidatif
    • 3.2 fasa bukan oksidatif
  • 4 Penyakit berkaitan
  • 5 Rujukan

Sejarah dan lokasi

Tanda-tanda kewujudan laluan ini bermula pada tahun 1930 berkat penyiasat Otto Warburg, yang mana penemuan NADP dikaitkan dengannya+.

Pemerhatian tertentu membenarkan penemuan laluan, terutamanya kesinambungan pernafasan dengan kehadiran inhibitor glikolisis, seperti ion fluorida.

Kemudian, pada tahun 1950 saintis Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann dan Efraim Racker menggambarkan laluan pentos fosfat.

Tisu yang terlibat dalam sintesis kolesterol dan asid lemak, seperti kelenjar susu, tisu adiposa dan buah pinggang, mempunyai kepekatan tinggi enzim pentosa fosfat.

Hati juga merupakan tisu penting untuk laluan ini: kira-kira 30% pengoksidaan glukosa dalam tisu ini berlaku berkat enzim-fosfat laluan pentos fosfat.

Fungsi

Laluan pentos fosfat bertanggungjawab untuk mengekalkan homeostasis karbon di dalam sel. Begitu juga, laluan mensintesiskan prekursor nukleotida dan molekul yang terlibat dalam sintesis asid amino (blok struktur peptida dan protein).

Ia adalah sumber utama untuk mengurangkan kuasa untuk tindak balas enzim. Di samping itu, ia memberikan molekul yang diperlukan untuk reaksi anabolik dan untuk proses pertahanan terhadap tekanan oksidatif. Fasa terakhir trek adalah kritikal dalam proses redoks di bawah keadaan tekanan.

Fasa-Fasa

Laluan pentos fosfat terdiri daripada dua fasa dalam sitosol selular: satu oksidatif, yang menghasilkan NADPH dengan pengoksidaan glukosa-6-fosfat kepada ribosa-5-fosfat; dan bukan oksidatif, yang melibatkan interkonversi gula tiga, empat, lima, enam dan tujuh karbon.

Laluan ini membentangkan tindak balas bersama dengan kitaran Calvin dan dengan laluan Entner-Doudoroff, yang merupakan alternatif kepada glikolisis.

Fasa oksidatif

fasa oksidatif nyahhidrogenan bermula dengan glukosa molekul 6-fosfat pada karbon 1. Tindak balas ini dimangkin oleh enzim dehidrogenase glukosa-6-fosfat, yang mempunyai kekhususan yang tinggi untuk NADP+.

Produk tindak balas ini adalah 6-phosphonoglucono-δ-lakton. Kemudian, produk ini dihidrolisis oleh enzim laktonase untuk memberikan 6-phosphogluconate. Kompaun terakhir diambil oleh enzim 6-phosphogluconate dehydrogenase dan menjadi ribulosa 5-fosfat.

Enzim isoserase fosfopentosa memangkinkan langkah akhir fasa oksidatif, yang melibatkan sintesis ribosa 5-fosfat oleh isomerisasi ribulosa 5-fosfat.

Siri reaksi ini menghasilkan dua molekul NADPH dan satu molekul ribosa 5-fosfat bagi setiap molekul glukosa 6-fosfat yang memasuki laluan enzimatik ini.

Dalam beberapa sel, keperluan NADPH adalah lebih besar daripada orang-ribose 5-fosfat. Oleh itu, transketolase dan transaldolase enzim mengambil ribose 5-fosfat dan menukarkan gliseraldehid 3-fosfat dan fruktosa 6-fosfat, yang membawa kepada fasa nonoxidative. Kedua-dua senyawa terakhir ini boleh memasuki laluan glikolitik.

Fasa bukan oksidatif

Fasa ini bermula dengan tindak balas epimerisasi yang dikatalisis oleh epimerase pentosa-5-fosfat enzim. Ribulosa-5-fosfat diambil oleh enzim ini dan ditukar kepada xilulosa-5-fosfat.

produk ini diambil oleh enzim transketolase yang bertindak bersama-sama dengan pirofosfat koenzim thiamine (TPP) yang memangkinkan peredaran xylulose 5-fosfat untuk Ribose-5-fosfat. Dengan pemindahan ke ketose, aldose berlaku gliseraldehid-3-fosfat dan sedoheptulose 7-fosfat.

Kemudian enzim transaldolase memindahkan molekul C3 sedoheptulose 7-fosfat untuk gliseraldehid-3-fosfat, yang menghasilkan gula empat karbon (erythrose-4-fosfat) dan enam karbon (fruktosa-6 -fosfat). Produk-produk ini mampu memakan laluan glikolitik.

enzim bertindak transcetosala lagi untuk memindahkan C2 xylulose 5-fosfat untuk erythrose-4-fosfat, yang membawa kepada fruktosa 6-fosfat dan menyebabkan gliseraldehid-3-fosfat. Seperti pada langkah sebelumnya, produk ini boleh masuk ke dalam glikolisis.

Fasa kedua ini menghubungkan jalur yang menghasilkan NADPH dengan mereka yang bertanggungjawab untuk mensintesis ATP dan NADH. Di samping itu, produk fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehid-3-fosfat boleh memasuki glukoneogenesis.

Penyakit yang berkaitan

Patologi yang berbeza berkaitan dengan laluan pentos fosfat, antara penyakit-penyakit neuromuscular ini dan pelbagai jenis kanser.

Kebanyakan kajian klinikal memberi tumpuan kepada pengiraan aktiviti glukosa-6-fosfat dehidrogenase, kerana ia adalah enzim utama yang bertanggungjawab untuk mengawal selia laluan.

Dalam sel-sel darah kepunyaan individu yang terdedah kepada anemia, mereka mempunyai aktiviti enzimatik rendah glukosa-6-fosfat dehidrogenase. Sebaliknya, sel-sel yang berkaitan dengan karsinoma dalam laring menunjukkan aktiviti enzim yang tinggi.

NADPH terlibat dalam pengeluaran glutation, molekul peptida utama dalam perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif, yang terlibat dalam tekanan oksidatif.

Jenis kanser yang berbeza membawa kepada pengaktifan laluan pentos dan dikaitkan dengan metastasis, angiogenesis dan tindak balas terhadap rawatan kemoterapi dan radioterapi.

Sebaliknya, penyakit granulomatous kronik berkembang apabila terdapat kekurangan dalam pengeluaran NADPH.

Rujukan

  1. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L (2002). Biokimia. WH Freeman
  2. Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Laluan pentos fosfat dalam penyakit neuromuskular - penilaian aktiviti glukosa 6-fosfat dehidrogenase otot dan kandungan RNA. Rinsho shinkeigak. Neurologi klinikal, 30(10), 1078-1083.
  3. Kowalik, M.A., Columbano, A., & Perra, A. (2017). Peranan yang muncul dalam laluan pentos fosfat dalam karsinoma hepatoselular. Hadapan dalam bidang onkologi, 7, 87.
  4. Patra, K. C., & Hay, N. (2014). Laluan pentos fosfat dan kanser. Trend dalam sains biokimia, 39(8), 347-354.
  5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E., ... & Keller, M. A. (2015). Kembalinya metabolisme: biokimia dan fisiologi laluan pentos fosfat. Ulasan Biologi, 90(3), 927-963.
  6. Voet, D., & Voet, J. G. (2013). Biokimia. Penerbit Artistik.