- Història i localització
- funcions
- fases
- fase oxidativa
- Fase no oxidativa
- malalties relacionades
- referències
La via de les pentoses fosfat, també coneguda com desviament de les hexoses monofosfat, és una ruta metabòlica fonamental que té com a producte final les ribosas, necessàries per a les rutes de síntesi de nucleòtids i àcids nucleics, com ADN, ARN, ATP, NADH, FAD i coenzim A.
Igualment produeix NADPH (nicotinamida adenina dinucleòtid fosfat), usat en diverses reaccions enzimàtiques. Aquesta via és molt dinàmica i capaç d'adequar els seus productes depenent de les necessitats momentànies de les cèl·lules.
L'ATP (adenosina trifosfat) és considerat la "moneda energètica" de la cèl·lula, perquè la seva hidròlisi pot ser acoblada a un ampli rang de reaccions bioquímiques.
De la mateixa manera, el NADPH és una segona moneda energètica indispensable per a la síntesi reductiva dels àcids grassos, síntesi de colesterol, síntesi de neurotransmissors, fotosíntesi i reaccions de detoxificació, entre d'altres.
Tot i que el NADPH i el NADH són similars en la seva estructura, no poden ser usats de forma intercanviable en les reaccions bioquímiques. El NADPH participa en la utilització de l'energia lliure en l'oxidació de certs metabòlits per a la biosíntesi reductiva.
En contrast, el NADH està involucrat en la utilització de l'energia lliure provinent de l'oxidació dels metabòlits per sintetitzar ATP.
Història i localització
Els indicis de l'existència d'aquesta via van començar l'any 1930 gràcies a l'investigador Otto Warburg, a qui se li atribueix el descobriment de l'NADP +.
Certes observacions van permetre el descobriment de la ruta, particularment la continuació de la respiració en presència d'inhibidors de la glucòlisi, com l'ió fluorur.
Seguidament, l'any 1950 els científics Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann i Efraim Racker van descriure la via de les pentoses fosfat.
Els teixits implicats en la síntesi de colesterol i àcids grassos, com les glàndules mamàries, el teixit adipós i els ronyons, presenten altes concentracions dels enzims de les pentoses fosfat.
El fetge també és un teixit important per aquesta via: aproximadament el 30% de l'oxidació de la glucosa en aquest teixit passa gràcies als enzims de la via de les pentoses fosfat.
funcions
La via de les pentoses fosfat és l'encarregada de mantenir l'homeòstasi de l'carboni en la cèl·lula. Així mateix, la via sintetitza els precursors dels nucleòtids i de molècules involucrades en la síntesi dels aminoàcids (els blocs estructurals dels pèptids i proteïnes).
És la font principal de poder reductor per a les reaccions enzimàtiques. A més, proporciona les molècules necessàries per a reaccions anabòliques i per a processos de defensa contra l'estrès oxidatiu. L'última fase de la via és crítica en els processos redox sota situacions d'estrès.
fases
La via de les pentoses fosfat consisteix en dues fases en el citosol cel·lular: un oxidativa, que genera NADPH amb l'oxidació de la glucosa-6-fosfat a ribosa-5-fosfat; i una no oxidativa, que implica la interconversió dels sucres de tres, quatre, cinc, sis i set carbonis.
Aquesta ruta presenta reaccions compartides amb el cicle de Calvin i amb la via d'Entner-Doudoroff, la qual és una alternativa a la glucòlisi.
fase oxidativa
La fase oxidativa comença amb la deshidrogenació de la molècula de glucosa-6-fosfat en el carboni 1. Aquesta reacció és catalitzada per l'enzim glucosa-6-fosfat deshidrogenasa, la qual presenta una alta especificitat pel NADP +.
El producte d'aquesta reacció és el 6-fosfonoglucono-δ-lactona. Després, aquest producte és hidrolitzat per l'enzim lactonasa per donar 6-fosfogluconat. Aquest últim compost és pres per l'enzim 6-fosfogluconat deshidrogenasa i passa a ser ribulosa 5-fosfat.
L'enzim fosfopentosa isomerasa catalitza el pas final de la fase oxidativa, la qual involucra la síntesi de la ribosa 5-fosfat per la isomerització de la ribulosa 5-fosfat.
Aquesta sèrie de reaccions produeixen dues molècules de NADPH i una molècula de ribosa 5-fosfat per cada molècula de glucosa 6-fosfat que ingressa en aquesta via enzimàtica.
En algunes cèl·lules, els requeriments de NADPH són més grans que els de ribosa 5-fosfat. Per això, els enzims transcetolasa i transaldolasa prenen la ribosa 5-fosfat i la converteix en gliceraldehid 3-fosfat i fructosa 6-fosfat, donant pas a la fase no oxidativa. Aquests últims dos compostos poden ingressar a la via glicolítica.
Fase no oxidativa
La fase comença amb una reacció de epimerización catalitzada per l'enzim pentosa-5-fosfat epimerasa. La ribulosa-5-fosfat és presa per aquest enzim i convertida en xilulosa-5-fosfat.
El producte és pres per l'enzim transcetolasa que actua juntament amb el coenzim pirofosfat de tiamina (TTP), que catalitza el pas de xilulosa-5-fosfat a ribosa-5-fosfat. Amb la transferència de cetosa a aldosa, es produeix gliceraldehid-3-fosfat i sedoheptulosa-7-fosfat.
Seguidament, l'enzim transaldolasa transfereix el C3 de la molècula d'sedoheptulosa-7-fosfat a gliceraldehid-3-fosfat, el que produeix un sucre de quatre carbonis (l'eritrosa-4-fosfat) i una de sis carbonis (la fructosa-6 -fosfato). Aquests productes són capaços d'alimentar la via glicolítica.
L'enzim transcetosala actua novament per transferir un C2 de la xilulosa-5-fosfat a la eritrosa-4-fosfat, donant com a resultat fructosa-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat. Igual que en el pas anterior, aquests productes poden ingressar a la glicòlisi.
Aquesta segona fase connecta les vies que generen el NADPH amb les encarregades de sintetitzar ATP i NADH. A més, els productes fructosa-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat poden ingressar a la gluconeogènesi.
malalties relacionades
Diferents patologies estan relacionades amb la via de les pentoses fosfat, entre aquestes malalties neuromusculars i diferents tipus de càncer.
La majoria dels estudis clínics s'enfoquen en quantificar l'activitat de la glucosa-6-fosfat deshidrogenasa, perquè és l'enzim principal encarregada de regular la via.
En les cèl·lules sanguínies pertanyents a individus susceptibles a anèmia, presenten una baixa activitat enzimàtica de la glucosa-6-fosfat deshidrogenasa. En contrast, les línies cel·lulars relacionades amb carcinomes a la laringe exhibeixen una activitat enzimàtica alta.
El NADPH està involucrat en la producció de glutatió, una molècula peptídica clau en la protecció contra les espècies reactives de l'oxigen, involucrada en l'estrès oxidatiu.
Diferents tipus de càncer comporten a l'activació de la via de les pentoses i s'associa a processos de metàstasi, angiogènesi i respostes als tractaments de quimioteràpies i radioteràpia.
D'altra banda, la malaltia granulomatosa crònica es desenvolupa quan hi ha deficiència en la producció de NADPH.
referències
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Bioquímica. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, I., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pentose phosphate pathway in neuromuscular diseases-evaluation of muscular glucose 6-phosphate dehydrogenase activity and RNA content. Rinsho shinkeigak. Clinical neurology, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Gossa, A. (2017). Emerging role of the pentose phosphate pathway in hepatocellular carcinoma. Frontiers in Oncology, 7, 87.
- Patra, KC, & ha, N. (2014). The pentose phosphate pathway and cancer. Trends in biochemical sciences, 39 (8), 347-354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). The return of metabolism: biochemistry and physiology of the pentose phosphate pathway. Biological Reviews, 90 (3), 927-963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Bioquímica. Artmed Editora.