Put pentoznog fosfata, također poznat kao diverzija hekso monofosfata, je temeljni metabolički put čiji su krajnji produkti riboze, neophodni za puteve sinteze nukleotida i nukleinskih kiselina, kao što su DNA, RNA, ATP, NADH, FAD i koenzim A.
Također proizvodi NADPH (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat), koji se koristi u različitim enzimskim reakcijama. Taj je put vrlo dinamičan i sposoban je prilagoditi svoje proizvode ovisno o trenutnim potrebama stanica.
ATP (adenozin trifosfat) smatra se „energetskom valutom“ stanice, jer se njena hidroliza može povezati sa širokim spektrom biokemijskih reakcija.
Na isti način, NADPH je glavna energetska valuta za reduktivnu sintezu masnih kiselina, sintezu kolesterola, sintezu neurotransmitera, reakcije fotosinteze i detoksikacije.
Iako su NADPH i NADH po strukturi slični, ne mogu se međusobno zamjenjivati u biokemijskim reakcijama. NADPH sudjeluje u iskorištavanju slobodne energije u oksidaciji određenih metabolita za reduktivnu biosintezu.
Suprotno tome, NADH je uključen u iskorištavanje slobodne energije iz oksidacije metabolita za sintezu ATP-a.
Povijest i mjesto
Naznake postojanja ovog puta započele su 1930. godine zahvaljujući istraživaču Ottu Warburgu, koji je zaslužan za otkriće NADP +.
Određena opažanja omogućila su otkrivanje puta, posebno nastavak disanja u prisutnosti inhibitora glikolize, poput fluoridnog iona.
Potom su 1950. znanstvenici Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann i Efraim Racker opisali put pentose fosfata.
Tkiva koja sudjeluju u sintezi kolesterola i masnih kiselina, poput mliječnih žlijezda, masnog tkiva i bubrega, imaju visoku koncentraciju enzima pentose fosfata.
Jetra je također važno tkivo za taj put: približno 30% oksidacije glukoze u ovom tkivu događa se zahvaljujući enzimima pentoz fosfatnog puta.
Značajke
Put pentoznog fosfata odgovoran je za održavanje homeostaze ugljika u stanici. Isto tako, put sintetizira prekursore nukleotida i molekula koji su uključeni u sintezu aminokiselina (građevni blokovi peptida i proteina).
To je glavni izvor smanjenja snage za enzimske reakcije. Uz to, osigurava potrebne molekule za anaboličke reakcije i za obrambene procese protiv oksidativnog stresa. Zadnja faza puta je kritična u redoks procesima u stresnim situacijama.
faze
Put pentoznog fosfata sastoji se od dvije faze u staničnoj citosolu: oksidacijske, koja stvara NADPH oksidacijom glukoza-6-fosfata u ribozu-5-fosfat; i neoksidativni, koji uključuje međusobnu pretvorbu tri, četiri, pet, šest i sedam ugljikovih šećera.
Ovim putem prikazane su reakcije podijeljene s Calvin ciklusom i sa stazom Entner - Doudoroff, što je alternativa glikolizi.
Oksidativna faza
Oksidativna faza započinje dehidrogenacijom molekule glukoza-6-fosfata na ugljiku 1. Ova reakcija katalizira enzim glukoza-6-fosfat dehidrogenaza koji ima visoku specifičnost za NADP +.
Produkt ove reakcije je 6-fosfonoglukon-8-lakton. Ovaj proizvod se zatim hidrolizira enzim laktonaza dajući 6-fosfoglukonat. Potonji spoj preuzima enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenaza i postaje ribuloza 5-fosfat.
Enzim fosfopentoza izomeraza katalizira posljednji korak oksidacijske faze, koji uključuje sintezu riboza 5-fosfata izomerizacijom ribuloza 5-fosfata.
Ova serija reakcija proizvodi dvije molekule NADPH i jednu molekulu riboza 5-fosfata za svaku molekulu glukoze 6-fosfata koja uđe u ovaj enzimski put.
U nekim ćelijama zahtjevi za NADPH veći su od onih za riboza 5-fosfat. Stoga enzimi transketolaza i transaldolaza uzimaju riboz 5-fosfat i pretvaraju ga u gliceraldehid 3-fosfat i fruktozu 6-fosfat, ustupajući tako neoksidativnoj fazi. Ova posljednja dva spoja mogu ući u glikolitički put.
Neoksidativna faza
Faza započinje reakcijom epimerizacije koju katalizira enzim pentoza-5-fosfatna epimeraza. Ribuloza-5-fosfat se preuzima od ovog enzima i pretvara se u ksiluloza-5-fosfat.
Proizvod preuzima enzim transketolaza koji djeluje zajedno s koenzimom tiamin pirofosfatom (TTP), koji katalizira prolazak ksiluloza-5-fosfata u riboze-5-fosfat. Prijenosom ketoze u aldozu nastaju gliceraldehid-3-fosfat i sedoheptuloza-7-fosfat.
Enzim transaldolaza tada prenosi C3 iz molekule sedoheptuloze-7-fosfata u gliceraldehid-3-fosfat, stvarajući šećer s četiri ugljika (eritroz-4-fosfat) i šećer-ugljik šećer (fruktoza-6 -fosfat). Ovi proizvodi mogu se hraniti glikolitičkim putem.
Transketosalni enzim djeluje ponovno na prijenos C2 iz ksiluloze-5-fosfata u eritroz-4-fosfat, rezultirajući fruktozom-6-fosfatom i gliceraldehid-3-fosfatom. Kao i u prethodnom koraku, i ovi proizvodi mogu ući u glikolizu.
Ova druga faza povezuje putove koji stvaraju NADPH s onima koji su odgovorni za sintezu ATP-a i NADH-a. Nadalje, proizvodi fruktoza-6-fosfat i gliceraldehid-3-fosfat mogu ući u glukoneogenezu.
Srodne bolesti
Različite patologije povezane su s putom fosfata pentoze, između ovih neuromuskularnih bolesti i različitih vrsta raka.
Većina kliničkih studija usredotočena je na kvantificiranje aktivnosti glukoza-6-fosfat dehidrogenaze, jer je to glavni enzim koji je zadužen za regulaciju puta.
U krvnim stanicama koje pripadaju pojedincima podložnim anemiji imaju malu enzimatsku aktivnost glukoza-6-fosfat dehidrogenaze. Suprotno tome, stanične linije povezane s karcinomima u grkljanu pokazuju visoko enzimsko djelovanje.
NADPH je uključen u proizvodnju glutation-a, ključne molekule peptida u zaštiti od reaktivnih kisikovih vrsta, uključenih u oksidativni stres.
Različite vrste raka dovode do aktivacije pentoznog puta i to je povezano s procesima metastaza, angiogeneze i reakcijama na kemoterapiju i radioterapijsku terapiju.
S druge strane, kronična granulomatozna bolest razvija se kada postoji nedostatak u proizvodnji NADPH.
Reference
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokemija. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Pentose fosfatni put kod neuromuskularnih bolesti - procjena mišićne glukoze 6 - aktivnosti fosfat dehidrogenaze i sadržaja RNA. Rinsho shinkeigak. Klinička neurologija, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Nova uloga pentose fosfatnog puta u hepatocelularnom karcinomu. Granice u onkologiji, 7, 87.
- Patra, KC, i Hay, N. (2014). Pentose fosfatni put i rak. Trendovi u biokemijskim znanostima, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Povratak metabolizma: biokemija i fiziologija pentose fosfatnog puta. Biological Reviews, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., i Voet, JG (2013). Biokemija. Umjetnički urednik.