เส้นทางของ Pentose: เฟสและโรคที่เกี่ยวข้อง

ทางเดินของ pentose phosphate หรือที่รู้จักกันในชื่อการเบี่ยงเบนของ hexoses monophosphate เป็นเส้นทางการเผาผลาญพื้นฐานที่มีไรโบโซมเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายจำเป็นสำหรับเส้นทางการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์และกรดนิวคลีอิกเช่น DNA, RNA, ATP, NADH FAD และโคเอ็นไซม์เอ

มันยังผลิต NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide ฟอสเฟต) ที่ใช้ในปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่าง ๆ เส้นทางนี้เป็นแบบไดนามิกมากและสามารถปรับผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับความต้องการชั่วขณะของเซลล์

ATP (adenosine triphosphate) ถือเป็น "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์เนื่องจากการไฮโดรไลซิสสามารถควบคู่กับปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่หลากหลาย

ในทำนองเดียวกัน NADPH เป็นสกุลเงินพลังงานที่สองที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์การลดกรดไขมันการสังเคราะห์คอเลสเตอรอลการสังเคราะห์สารสื่อประสาทการสังเคราะห์ด้วยแสงและปฏิกิริยาการล้างพิษในหมู่คนอื่น ๆ

แม้ว่า NADPH และ NADH มีโครงสร้างคล้ายกัน แต่ก็ไม่สามารถใช้แทนกันได้ในปฏิกิริยาทางชีวเคมี NADPH มีส่วนร่วมในการใช้พลังงานอิสระในการออกซิเดชั่นของสารบางอย่างสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่ลดลง

ในทางตรงกันข้าม NADH มีส่วนร่วมในการใช้พลังงานฟรีจากการเกิดออกซิเดชันของสารเพื่อสังเคราะห์ ATP

ประวัติและที่ตั้ง

หลักฐานการมีอยู่ของเส้นทางนี้เริ่มขึ้นในปี 1930 ด้วยนักวิจัย Otto Warburg ซึ่งเป็นนักวิจัยที่ให้เครดิตกับการค้นพบ NADP +

ข้อสังเกตบางอย่างได้รับอนุญาตให้ค้นพบเส้นทางโดยเฉพาะอย่างยิ่งความต่อเนื่องของการหายใจในที่ที่มีสารยับยั้ง glycolysis เช่นฟลูออไรด์ไอออน

จากนั้นในปี 1950 นักวิทยาศาสตร์ Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann และ Efraim Racker อธิบายทางเดินฟอสเฟต

เนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์คอเลสเตอรอลและกรดไขมันเช่นเต้านม, เนื้อเยื่อไขมันและไตมีความเข้มข้นสูงของเอนไซม์เพนโตสฟอสเฟต

ตับเป็นเนื้อเยื่อที่สำคัญสำหรับทางเดินนี้: ประมาณ 30% ของการเกิดออกซิเดชันของกลูโคสในเนื้อเยื่อนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเอนไซม์ของทางเดินเพนโตสฟอสเฟต

ฟังก์ชั่น

ทางเดินของ pentose phosphate มีหน้าที่ในการรักษาสภาวะสมดุลของคาร์บอนในเซลล์ ในทำนองเดียวกันทางเดินสังเคราะห์สารตั้งต้นของนิวคลีโอไทด์และโมเลกุลที่เกี่ยวข้องในการสังเคราะห์กรดอะมิโน (บล็อกโครงสร้างของเปปไทด์และโปรตีน)

มันเป็นแหล่งหลักของการลดพลังงานสำหรับปฏิกิริยาของเอนไซม์ นอกจากนี้ยังให้โมเลกุลที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาโบลิคและกระบวนการป้องกันจากความเครียดออกซิเดชัน ขั้นตอนสุดท้ายของทางเดินมีความสำคัญในกระบวนการรีดอกซ์ภายใต้สถานการณ์ความเครียด

ขั้นตอน

ทางเดินของ pentose phosphate ประกอบด้วยสองเฟสในเซลล์ cytosol: ตัวออกซิเดทีฟซึ่งสร้าง NADPH ด้วยการออกซิเดชั่นของกลูโคส -6-phosphate ถึง ribose-5-phosphate; และไม่ใช่แบบออกซิเดชั่นซึ่งหมายถึงการแลกเปลี่ยนของน้ำตาลสาม, สี่, ห้า, หกและเจ็ดคาร์บอน

เส้นทางนี้นำเสนอปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นร่วมกันกับวัฏจักรคาลวินและเส้นทาง Entner-Doudoroff ซึ่งเป็นทางเลือกสำหรับ glycolysis

ระยะออกซิเดทีฟ

เฟสออกซิเดชันเริ่มต้นด้วยการ dehydrogenation ของโมเลกุลกลูโคส -6- ฟอสเฟตที่คาร์บอน 1 ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์กลูโคส -6- ฟอสเฟต dehydrogenase ซึ่งมีความเฉพาะเจาะจงสูงสำหรับ NADP +

ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้คือ 6-phosphonoglucono-δ-lactone จากนั้นผลิตภัณฑ์นี้จะถูกไฮโดรไลซ์โดยเอนไซม์ lactonase เพื่อให้ 6-phosphogluconate สารประกอบหลังถูกยึดครองโดยเอนไซม์ 6-phosphogluconate dehydrogenase และกลายเป็น ribulose 5-phosphate

เอนไซม์ phosphopentose isomerase catalyses ขั้นตอนสุดท้ายของขั้นตอนออกซิเดชั่นซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ของ 5- ฟอสเฟตโดยการสร้าง isomerization ของ ribulose 5- ฟอสเฟต

ชุดปฏิกิริยานี้ผลิต NADPH สองโมเลกุลและหนึ่งโมเลกุลของ Ribose 5-phosphate ต่อโมเลกุลของกลูโคส 6-phosphate ที่เข้าสู่เส้นทางของเอนไซม์นี้

ในบางเซลล์ข้อกำหนดของ NADPH นั้นมากกว่าของ ribose 5-phosphate ดังนั้นเอนไซม์ transketolase และ transaldolase ใช้ ribose 5-phosphate และเปลี่ยนเป็น glyceraldehyde 3-phosphate และ fructose 6-phosphate ซึ่งจะช่วยให้ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น สารประกอบสองตัวสุดท้ายเหล่านี้สามารถเข้าสู่เส้นทางไกลโคไลติกได้

เฟสที่ไม่ออกซิเดชั่น

เฟสเริ่มต้นด้วยปฏิกิริยา epimerization เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ pentose-5-phosphate epimerase Ribulose-5-phosphate ถูกนำขึ้นโดยเอนไซม์นี้และถูกแปลงเป็น xylulose-5-phosphate

ผลิตภัณฑ์นี้ถ่ายโดยเอนไซม์ transketolase ซึ่งทำหน้าที่ร่วมกับโคเอนไซม์ไทอามีนไพโรฟอสเฟต (TTP) ซึ่งกระตุ้นการผ่านของไซลิโลส -5- ฟอสเฟตไปยัง ribose-5-phosphate ด้วยการถ่ายโอนคีโตสถึงอัลโตส glyceraldehyde-3-phosphate และ sedoheptulose-7-phosphate

จากนั้นเอนไซม์ transaldolase จะทำการถ่ายโอน C3 จากโมเลกุลของ sedoheptulose-7-phosphate ไปเป็น glyceraldehyde-3-phosphate ซึ่งผลิตน้ำตาลสี่คาร์บอน (erythrose-4-phosphate) และน้ำตาลหกคาร์บอน (fructose-6) -phosphate) ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีความสามารถในการให้อาหารเส้นทาง glycolytic

เอนไซม์ transketosala ทำหน้าที่อีกครั้งเพื่อถ่ายโอน C2 ของไซโลโลส -5- ฟอสเฟตไปยัง erythrose-4-phosphate ส่งผลให้ฟรักโทส -6- ฟอสเฟตและ glyceraldehyde-3-phosphate ในขั้นตอนก่อนหน้าผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถเข้าสู่ glycolysis

ขั้นตอนที่สองนี้เชื่อมโยงเส้นทางที่สร้าง NADPH กับผู้ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ ATP และ NADH นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ฟรุคโตส -6- ฟอสเฟตและไกลโคเจนดีไฮด์ -3- ฟอสเฟตสามารถเข้าสู่ gluconeogenesis

โรคที่เกี่ยวข้อง

โรคที่แตกต่างกันนั้นสัมพันธ์กับทางเดินของเพนโตสฟอสเฟตระหว่างโรคทางประสาทและกล้ามเนื้อและมะเร็งชนิดต่างๆ

การศึกษาทางคลินิกส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การหาปริมาณกิจกรรมของกลูโคส -6- ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสเพราะมันเป็นเอนไซม์หลักที่รับผิดชอบในการควบคุมทางเดิน

ในเซลล์เม็ดเลือดของบุคคลที่มีความเสี่ยงต่อโรคโลหิตจางพวกเขามีกิจกรรมเอนไซม์ต่ำของ dehydrogenase กลูโคส -6- ฟอสเฟต ในทางตรงกันข้ามเส้นเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับสารก่อมะเร็งในกล่องเสียงแสดงกิจกรรมของเอนไซม์สูง

NADPH มีส่วนร่วมในการผลิตกลูตาไธโอนซึ่งเป็นโมเลกุลของเปปไทด์ที่สำคัญในการป้องกันสายพันธุ์ออกซิเจนปฏิกิริยาซึ่งมีส่วนร่วมในความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน

มะเร็งชนิดต่าง ๆ นำไปสู่การกระตุ้นการทำงานของทางเดินเพนโตสและเกี่ยวข้องกับกระบวนการแพร่กระจายการสร้างเส้นเลือดใหม่และการตอบสนองต่อการรักษาด้วยเคมีบำบัดและรังสีบำบัด

ในทางตรงกันข้ามโรคเรื้อรัง granulomatous พัฒนาเมื่อมีข้อบกพร่องในการผลิต NADPH