פנטוז פוספט מסלול , המכונה גם הסחת monophosphate hexose, הוא מסלול מטבולי היסוד אשר המוצר הסופי הוא riboses, הכרחי נוקלאוטיד והמסלולים סינתזה של חומצות גרעין, כגון DNA, RNA, ATP, NADH, FAD וקואנזים א '.
הוא מייצר גם NADPH (ניקוטין אדנין דינוקלוטיד פוספט) המשמש בתגובות אנזימטיות שונות. מסלול זה דינאמי מאוד ובעל יכולת להתאים את מוצריה בהתאם לצרכים הרגעיים של התאים.
ATP (אדנוזין טריפוספט) נחשב ל"מטבע האנרגיה "של התא, מכיוון שניתן לחבר את ההידרוליזה שלו למגוון רחב של תגובות ביוכימיות.
באותו אופן, NADPH הוא מטבע אנרגיה שני חיוני לסינתזה הרדוקטיבית של חומצות שומן, סינתזת כולסטרול, סינתזת נוירוטרנסמיטרים, פוטוסינתזה ותגובות רעלים, בין היתר.
למרות ש- NADPH ו- NADH דומים במבנהם, לא ניתן להשתמש בהם להחלפה בתגובות ביוכימיות. NADPH משתתף בניצול אנרגיה חופשית בחמצון של מטבוליטים מסוימים לביוסינתזה רדוקטיבית.
לעומת זאת, NADH מעורב בניצול אנרגיה חופשית מחמצון מטבוליטים לסינתזת ATP.
היסטוריה ומיקום
האינדיקציות לקיומו של מסלול זה החלו בשנת 1930 בזכות החוקר אוטו ורבורג, שזוכה בזכות גילוי NADP + .
תצפיות מסוימות אפשרו לגלות את המסלול, ובמיוחד את המשך הנשימה בנוכחות מעכבי גליקוליזה, כגון יון הפלואוריד.
ואז, בשנת 1950, תיארו המדענים פרנק דיקנס, ברנרד הורקר, פריץ ליפמן ואפרים ראקר את מסלול הפוספט הפוספוז.
לרקמות המעורבות בסינתזה של כולסטרול וחומצות שומן, כמו בלוטות החלב, רקמת השומן והכליות, יש ריכוזים גבוהים של אנזימי פוספט פוסוז.
הכבד הוא גם רקמה חשובה למסלול זה: כ- 30% מחמצון הגלוקוז ברקמה זו מתרחשת הודות לאנזימים של מסלול הפוספט פוספט.
מאפיינים
מסלול הפנטוז פוספט אחראי לשמירה על הומאוסטזיס פחמן בתא. באופן דומה, המסלול מסנתז את מקדימם של נוקליאוטידים ומולקולות המעורבות בסינתזה של חומצות אמינו (אבני הבניין של פפטידים וחלבונים).
זהו המקור העיקרי להפחתת הכוח לתגובות אנזימטיות. בנוסף, הוא מספק את המולקולות הנחוצות לתגובות אנבוליות ולתהליכי הגנה מפני לחץ חמצוני. השלב האחרון של המסלול הוא קריטי בתהליכי רדוקס במצבי לחץ.
שלבים
מסלול הפנטוזה הפנטוזית מורכב משני שלבים בתא הציטוזול: אחד חמצוני, המייצר NADPH עם חמצון של גלוקוז-6-פוספט לריבוז-5-פוספט; ואחת לא חמצונית, שכוללת המרה בין שלוש, ארבע, חמש, שש ושבע סוכרים פחמניים.
מסלול זה מציג תגובות המשותפות עם מחזור קלווין ועם מסלול אנטנר-דודורוף, המהווה אלטרנטיבה לגליקוליזה.
שלב חמצון
השלב החמצוני מתחיל בהתייבשות של מולקולת הגלוקוז-6-פוספט בפחמן 1. תגובה זו מנותזת על ידי האנזים גלוקוז-6-פוספט dehydrogenase, שיש לו ספציפיות גבוהה ל- NADP + .
התוצר של תגובה זו הוא 6-פוספונוגלוקון-5-לקטון. לאחר מכן מיוצר הידרוליזה על ידי האנזים לקטונאז כדי לתת 6-פוספוגלוקונאט. התרכובת האחרונה תופסת על ידי האנזים 6-פוספוגלוקונאט דהידרוגנאז והופכת לריבולוזה 5-פוספט.
האנזים פוספופנטוז איזומרז מזרז את השלב האחרון של השלב החמצוני, הכרוך בסינתזה של ריבוז 5-פוספט על ידי איזומרזציה של ריבולוז 5-פוספט.
סדרת התגובות הזו מייצרת שתי מולקולות של NADPH ומולקולה אחת של ריבוז 5-פוספט לכל מולקולה של גלוקוז 6-פוספט שנכנסת למסלול אנזימטי זה.
בחלק מהתאים הדרישות ל- NADPH גדולות יותר מדרישות לריבוזה 5-פוספט. לפיכך, האנזימים טרנסקטולאז וטרנסאלדולאז לוקחים ריבוזה 5-פוספט וממירים אותם לגליצראלדהיד 3-פוספט ופרוקטוז 6-פוספט, ומפנים את מקומם לשלב הלא-חמצוני. שתי תרכובות אחרונות אלה יכולות להיכנס למסלול הגליקוליטי.
שלב לא חמצוני
השלב מתחיל בתגובת אפימיריזציה המנותזת על ידי האפימראז האנזים פנטוז-5-פוספט. ריבולוזה-5-פוספט נלקח על ידי אנזים זה ומומר ל- xylulose-5-phosphate.
המוצר נלקח על ידי האנזים טרנסקטולאז הפועל יחד עם הקואנזים תיאמין פירופוספט (TTP), אשר מזרז את המעבר של קסילולוז-5-פוספט לרבוז-5-פוספט. עם העברת קטוזה לאלדוז, נוצרים גליצראלדהיד-3-פוספט וסדוהפטולוז -7-פוספט.
לאחר מכן, האנזים טרנסאלדולאז מעביר את ה- C3 ממולקולת סדהופפטולוז-7-פוספט לגלייזרדה-3-פוספט, ומייצר סוכר בעל ארבע פחמן (אריתרוז-4-פוספט) וסוכר שישה פחמן (פרוקטוז -6) -פוֹספָט). מוצרים אלה מסוגלים להזין את המסלול הגליקוליטי.
האנזים הטרנסקטוזאלי פועל שוב להעברת C2 מסילולוזה-5-פוספט לאריתרוז-4-פוספט, וכתוצאה מכך פרוקטוז-6-פוספט וגליצראלדהיד-3-פוספט. כמו בשלב הקודם, מוצרים אלה יכולים להיכנס לגליקוליזה.
שלב שני זה מחבר בין המסלולים המייצרים NADPH לאחראים על סינתזת ATP ו- NADH. יתר על כן, המוצרים פרוקטוז-6-פוספט וגליצר-אלדהיד-3-פוספט יכולים להיכנס לגלוקונאוגנזה.
מחלות קשורות
פתולוגיות שונות קשורות למסלול פנטוז פוספט, בין מחלות עצביות-שריריות אלה לבין סוגים שונים של סרטן.
מרבית המחקרים הקליניים מתמקדים בכימות הפעילות של גלוקוז-6-פוספט dehydrogenase, מכיוון שזה האנזים העיקרי האחראי על ויסות המסלול.
בתאי הדם השייכים לאנשים הרגישים לאנמיה הם מציגים פעילות אנזימטית נמוכה של גלוקוז-6-פוספט dehydrogenase. לעומת זאת, קווי תאים הקשורים לקרצינומות בגרון, מראים פעילות גבוהה של אנזים.
NADPH מעורב בייצור גלוטתיון, מולקולת פפטיד מרכזית בהגנה מפני מיני חמצן תגוביים, המעורב בסטרס חמצוני.
סוגים שונים של סרטן מובילים להפעלת מסלול הפנטוזה והוא קשור לתהליכים של גרורות, אנגיוגנזה ותגובות לטיפולים כימותרפיים והקרנות.
לעומת זאת, מחלה גרנולומטית כרונית מתפתחת כאשר קיים חסר בייצור NADPH.
הפניות
- ברג, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). בִּיוֹכִימִיָה. ווה פרימן
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., and Iida, M. (1990). מסלול פוספט פנטוז במחלות נוירו-שריריות - הערכה של גלוקוז 6 שרירי - פעילות פוספט dehydrogenase ותכולת RNA. רינשו שיינקיאק. נוירולוגיה קלינית, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). תפקיד מתפתח של מסלול פוספט פנטוזה בקרצינומה כבד-תאי. גבולות באונקולוגיה, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). מסלול הפוספט המחומש וסרטן. מגמות במדעים ביוכימיים, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). החזרת המטבוליזם: ביוכימיה ופיזיולוגיה של מסלול הפוספט פוסוז. ביקורות ביולוגיות, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). בִּיוֹכִימִיָה. עורך ארמד.