Percorsi del pentoso: fasi e malattie correlate
La via del pentoso fosfato, nota anche come deviazione di esofosfato monofosfato, è una via metabolica fondamentale che ha i ribosomi come prodotto finale, necessaria per le rotte di sintesi di nucleotidi e acidi nucleici, come DNA, RNA, ATP, NADH, FAD e coenzima A.
Produce anche NADPH (nicotinamide adenina dinucleotide fosfato), utilizzato in varie reazioni enzimatiche. Questo percorso è molto dinamico e capace di adattare i suoi prodotti a seconda dei bisogni momentanei delle celle.
L'ATP (adenosina trifosfato) è considerata la "valuta energetica" della cellula, poiché la sua idrolisi può essere accoppiata a una vasta gamma di reazioni biochimiche.
Allo stesso modo, NADPH è una seconda valuta di energia essenziale per la sintesi riduttiva di acidi grassi, sintesi del colesterolo, sintesi di neurotrasmettitori, fotosintesi e reazioni di disintossicazione, tra gli altri.
Sebbene NADPH e NADH siano simili nella struttura, non possono essere usati in modo intercambiabile nelle reazioni biochimiche. Il NADPH partecipa all'uso di energia libera nell'ossidazione di alcuni metaboliti per la biosintesi riduttiva.
Al contrario, l'NADH è coinvolto nell'uso di energia libera dall'ossidazione dei metaboliti per sintetizzare l'ATP.
Storia e posizione
La prova dell'esistenza di questa rotta è iniziata nel 1930 grazie al ricercatore Otto Warburg, a cui è stata attribuita la scoperta del NADP +.
Alcune osservazioni hanno permesso la scoperta della via, in particolare la continuazione della respirazione in presenza di inibitori della glicolisi, come lo ione fluoruro.
Poi, nel 1950, gli scienziati Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann ed Efraim Racker descrissero la via del pentoso fosfato.
I tessuti coinvolti nella sintesi di colesterolo e acidi grassi, come ghiandole mammarie, tessuto adiposo e reni, presentano elevate concentrazioni di enzimi pentosilfosfatici.
Il fegato è anche un tessuto importante per questo percorso: circa il 30% dell'ossidazione del glucosio in questo tessuto si verifica grazie agli enzimi della via del pentoso fosfato.
funzioni
La via del pentoso fosfato è responsabile del mantenimento dell'omeostasi del carbonio nella cellula. Allo stesso modo, il percorso sintetizza i precursori dei nucleotidi e delle molecole coinvolte nella sintesi degli amminoacidi (i blocchi strutturali di peptidi e proteine).
È la principale fonte di potere riducente per le reazioni enzimatiche. Inoltre, fornisce le molecole necessarie per le reazioni anaboliche e per i processi di difesa contro lo stress ossidativo. L'ultima fase del percorso è fondamentale nei processi redox in situazioni di stress.
fasi
La via del pentoso fosfato consiste di due fasi nel citosol cellulare: un ossidante, che genera NADPH con l'ossidazione del glucosio-6-fosfato a ribosio-5-fosfato; e uno non ossidativo, che implica l'interconversione degli zuccheri di tre, quattro, cinque, sei e sette atomi di carbonio.
Questo percorso presenta reazioni condivise con il ciclo di Calvin e il percorso di Entner-Doudoroff, che è un'alternativa alla glicolisi.
Fase ossidativa
La fase ossidativa inizia con la deidrogenazione della molecola di glucosio-6-fosfato al carbonio 1. Questa reazione è catalizzata dall'enzima glucosio-6-fosfato deidrogenasi, che ha un'elevata specificità per il NADP +.
Il prodotto di questa reazione è 6-fosfonoglucono-δ-lattone. Quindi, questo prodotto viene idrolizzato dall'enzima lattonasi per dare 6-fosfogluconato. Quest'ultimo composto viene assorbito dall'enzima 6-fosfogluconato deidrogenasi e diventa ribosato 5-fosfato.
L'enzima fosfopentosio isomerasi catalizza la fase finale della fase ossidativa, che comporta la sintesi del ribosio 5-fosfato mediante l'isomerizzazione del ribosato 5-fosfato.
Questa serie di reazioni produce due molecole di NADPH e una molecola di ribosio 5-fosfato per molecola di glucosio 6-fosfato che entra in questa via enzimatica.
In alcune cellule, i requisiti NADPH sono maggiori di quelli del ribosio 5-fosfato. Pertanto, gli enzimi transketolase e transaldolasi prendono il ribosio 5-fosfato e lo convertono in gliceraldeide 3-fosfato e fruttosio 6-fosfato, lasciando il posto alla fase non ossidativa. Questi ultimi due composti possono entrare nella via glicolitica.
Fase non ossidativa
La fase inizia con una reazione di epimerizzazione catalizzata dall'enzima pentoso-5-fosfato epimerasi. Il ribosio-5-fosfato viene assorbito da questo enzima e convertito in xilulosio-5-fosfato.
Il prodotto è assorbito dall'enzima transketolase che agisce insieme al coenzima tiamina pirofosfato (TTP), che catalizza il passaggio di xilulosio-5-fosfato a ribosio-5-fosfato. Con il trasferimento di chetoso in aldosi, vengono prodotti gliceraldeide-3-fosfato e sedoeptilosio-7-fosfato.
Successivamente, l'enzima transaldolasi trasferisce il C3 dalla molecola sedoheptulose-7-fosfato a gliceraldeide-3-fosfato, che produce uno zucchero a quattro carbonio (eritrosio-4-fosfato) e uno zucchero a sei carbonio (fruttosio-6). fosfato). Questi prodotti sono in grado di alimentare il percorso glicolitico.
L'enzima transketosala agisce nuovamente per trasferire un C2 dello xilulosio-5-fosfato all'eritrose-4-fosfato, con conseguente fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. Come nella fase precedente, questi prodotti possono entrare nella glicolisi.
Questa seconda fase collega i percorsi che generano NADPH con i responsabili della sintesi di ATP e NADH. Inoltre, i prodotti fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato possono entrare nella gluconeogenesi.
Malattie correlate
Diverse patologie sono correlate al percorso del pentoso fosfato, tra queste malattie neuromuscolari e diversi tipi di cancro.
La maggior parte degli studi clinici si concentra sulla quantificazione dell'attività della glucosio-6-fosfato deidrogenasi, poiché è l'enzima principale responsabile della regolazione della via.
Nelle cellule del sangue appartenenti a individui suscettibili di anemia, hanno una bassa attività enzimatica di glucosio-6-fosfato deidrogenasi. Al contrario, le linee cellulari correlate ai carcinomi nella laringe mostrano un'elevata attività enzimatica.
Il NADPH è coinvolto nella produzione di glutatione, una molecola chiave del peptide nella protezione contro le specie reattive dell'ossigeno, coinvolta nello stress ossidativo.
Diversi tipi di cancro portano all'attivazione della via del pentoso e sono associati a processi di metastasi, angiogenesi e risposte a trattamenti di chemioterapia e radioterapia.
D'altra parte, la malattia granulomatosa cronica si sviluppa quando c'è una carenza nella produzione di NADPH.
