ПЕНТОЗНІ ШЛЯХИ: ФАЗИ ТА СУПУТНІ ЗАХВОРЮВАННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Шлях пентозофосфату , також відомий як диверсія монофосфату гексози, є основним метаболічним шляхом, кінцевим продуктом якого є рибози, необхідні для шляхів синтезу нуклеотидів та нуклеїнових кислот, таких як ДНК, РНК, АТФ, НАДН, FAD і кофермент А.

Він також продукує НАДФН (нікотинамід-аденін-динуклеотид фосфат), що використовується в різних ферментативних реакціях. Цей шлях дуже динамічний і здатний адаптувати свою продукцію залежно від моментних потреб клітин.

АТФ (аденозинтрифосфат) вважається "енергетичною валютою" клітини, оскільки її гідроліз може бути пов'язаний з широким спектром біохімічних реакцій.

Таким же чином НАДФН є важливою другою енергетичною валютою для відновного синтезу жирних кислот, синтезу холестерину, синтезу нейротрансмітерів, реакцій фотосинтезу та детоксикації.

Хоча NADPH і NADH за своєю структурою схожі, їх не можна взаємозамінно використовувати в біохімічних реакціях. НАДФН бере участь у використанні вільної енергії для окислення певних метаболітів для відновного біосинтезу.

Навпаки, НАДГ бере участь у використанні вільної енергії від окислення метаболітів для синтезу АТФ.

Історія та місцезнаходження

Вказівки на існування цього шляху почалися в 1930 році завдяки досліднику Отто Варбургу, якому приписують відкриття НАДП ⁺ .

Деякі спостереження дозволили виявити шлях, зокрема продовження дихання в присутності інгібіторів гліколізу, таких як іон фтору.

Тоді, в 1950 році, вчені Френк Діккенс, Бернард Хорекер, Фріц Ліпман і Ефраїм Рекер описали шлях пентазофосфату.

Тканини, що беруть участь у синтезі холестерину та жирних кислот, такі як молочні залози, жирова тканина та нирки, мають високу концентрацію ферментів фосфату пентози.

Печінка також є важливою тканиною для цього шляху: приблизно 30% окислення глюкози в цій тканині відбувається завдяки ферментам пентозофосфатного шляху.

Особливості

Шлях пентозофосфату відповідає за підтримання гомеостазу вуглецю в клітині. Так само шлях синтезує попередники нуклеотидів і молекул, що беруть участь у синтезі амінокислот (будівельні блоки пептидів і білків).

Це основне джерело зниження енергії для ферментативних реакцій. Крім того, він забезпечує необхідні молекули як для анаболічних реакцій, так і для захисних процесів проти окисного стресу. Остання фаза шляху є критичною при окислювально-відновних процесах у стресових ситуаціях.

Фази

Шлях пентозофосфату складається з двох фаз у клітинному цитозолі: окислювальної, яка утворює НАДФН при окисленні глюкозо-6-фосфату до рибози-5-фосфату; і неокислювальний, який передбачає взаємоперетворення трьох, чотирьох, п'яти, шести і семи вуглецевих цукрів.

Цей маршрут представляє реакції, поділені з циклом Кальвіна та шляхом Ентера - Дудорова, що є альтернативою гліколізу.

Окислювальна фаза

Окислювальна фаза починається з дегідрування молекули глюкози-6-фосфату на вуглеці 1. Ця реакція каталізується ферментом глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа, який має високу специфічність для НАДФ ⁺ .

Продуктом цієї реакції є 6-фосфоноглюкон-8-лактон. Потім цей продукт гідролізується ферментом лактонази, отримуючи 6-фосфоглюконат. Остання сполука поглинається ферментом 6-фосфоглюконатдегідрогеназою і перетворюється в рибулозний 5-фосфат.

Ферментна фосфопентоза ізомераза каталізує завершальну стадію окислювальної фази, яка включає синтез рибози 5-фосфатом шляхом ізомеризації рибулозного 5-фосфату.

Ця серія реакцій продукує дві молекули НАДФГ та одну молекулу 5-фосфату рибози на кожну молекулу 6-фосфату глюкози, що потрапляє в цей ферментативний шлях.

У деяких клітинах вимоги до НАДФН більші, ніж до 5-фосфату рибози. Тому ферменти транкетолаза та трансальдолаза беруть рибозу 5-фосфатом та перетворюють її в гліцеральдегід 3-фосфат та фруктозу 6-фосфат, поступаючись місцем неокислювальній фазі. Ці дві останні сполуки можуть потрапити в гліколітичний шлях.

Неокислювальна фаза

Фаза починається з реакції епімеризації, каталізованої ферментом пентозо-5-фосфатною епімеразою. Рибулоза-5-фосфат переймається цим ферментом і перетворюється на ксилулозу-5-фосфат.

Продукт поглинається ферментом транкетолази, який діє разом з коферментом тіамінпірофосфатом (ТТП), який каталізує проходження ксилулози-5-фосфату до рибози-5-фосфату. З переходом кетози на альдозу утворюється гліцеральдегід-3-фосфат та седогептулоза-7-фосфат.

Потім фермент трансальдолаза переносить С3 з молекули седогептулози-7-фосфату на гліцеральдегід-3-фосфат, утворюючи чотиривуглецевий цукор (еритроза-4-фосфат) і шестивуглецевий цукор (фруктоза-6 -фосфат). Ці продукти здатні живити гліколітичний шлях.

Транскетозальний фермент знову діє на перенесення С2 від ксилулози-5-фосфату до еритрози-4-фосфату, в результаті чого утворюється фруктоза-6-фосфат та гліцеральдегід-3-фосфат. Як і на попередньому етапі, ці продукти можуть ввести гліколіз.

Ця друга фаза з'єднує шляхи, що генерують NADPH, з тими, хто відповідає за синтез ATP та NADH. Крім того, продукти фруктозо-6-фосфату та гліцеральдегід-3-фосфату можуть вводити глюконеогенез.

Супутні захворювання

Різні патології пов’язані із шлях пентозофосфату, між цими нервово-м’язовими захворюваннями та різними видами раку.

Більшість клінічних досліджень зосереджені на кількісному оцінці активності глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, оскільки це головний фермент, який відповідає за регуляцію шляху.

У клітинах крові, що належать особам, схильним до анемії, вони мають низьку ферментативну активність глюкозо-6-фосфатдегідрогенази. Навпаки, клітинні лінії, пов'язані з карциномами гортані, виявляють високу активність ферментів.

NADPH бере участь у виробництві глутатіону, ключової молекули пептиду для захисту від реакційноздатних видів кисню, що беруть участь в окислювальному стресі.

Різні типи раку призводять до активації пентозного шляху, і це пов'язано з процесами метастазування, ангіогенезу та реакцій на хіміотерапію та променеву терапію.

З іншого боку, хронічна гранулематозна хвороба розвивається тоді, коли є дефіцит у виробництві НАДФН.

Список літератури

1. Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л., Стриєр, L (2002). Біохімія. WH Freeman
2. Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Пентозофосфатний шлях при нервово-м’язових захворюваннях - оцінка м'язової глюкози 6 - активності фосфатдегідрогенази та вмісту РНК. Ріншо шинкейгак. Клінічна неврологія, 30 (10), 1078-1083.
3. Ковалик, М. А., Колумбано, А., І Перра, А. (2017). Виникаюча роль пентозофосфатного шляху при гепатоцелюлярній карциномі. Межі онкології, 7, 87.
4. Patra, KC, & Hay, N. (2014). Шлях пентозофосфату та рак. Тенденції біохімічних наук, 39 (8), 347–354.
5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Повернення метаболізму: біохімія та фізіологія пентозофосфатного шляху. Біологічні огляди, 90 (3), 927–963.
6. Voet, D., & Voet, JG (2013). Біохімія. Художник редактор.