pentoseฟอสเฟตทางเดินยังเป็นที่รู้จักในฐานะ hexose โมโนผันเป็นทางเดินของการเผาผลาญพื้นฐานท้ายที่สุดของผลิตภัณฑ์ riboses ที่จำเป็นสำหรับการเบื่อหน่ายและนิวคลีอิกสูตรสังเคราะห์กรดเช่นดีเอ็นเออาร์เอ็นเอเอทีพี NADH, FAD และโคเอนไซม์เอ
นอกจากนี้ยังผลิต NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) ซึ่งใช้ในปฏิกิริยาของเอนไซม์ต่างๆ เส้นทางนี้เป็นแบบไดนามิกมากและสามารถปรับเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ได้ขึ้นอยู่กับความต้องการชั่วขณะของเซลล์
ATP (อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต) ถือเป็น "สกุลเงินพลังงาน" ของเซลล์เนื่องจากการไฮโดรไลซิสสามารถใช้ร่วมกับปฏิกิริยาทางชีวเคมีได้หลากหลาย
ในทำนองเดียวกัน NADPH เป็นสกุลเงินพลังงานที่สองที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์กรดไขมันแบบลดลงการสังเคราะห์คอเลสเตอรอลการสังเคราะห์สารสื่อประสาทการสังเคราะห์แสงและปฏิกิริยาการล้างพิษเป็นต้น
แม้ว่า NADPH และ NADH จะมีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน แต่ก็ไม่สามารถใช้แทนกันได้ในปฏิกิริยาทางชีวเคมี NADPH มีส่วนร่วมในการใช้พลังงานอิสระในการออกซิเดชั่นของสารบางชนิดเพื่อการสังเคราะห์ทางชีวภาพแบบลดทอน
ในทางตรงกันข้าม NADH เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานอิสระจากการออกซิเดชั่นของสารเมตาบอไลต์เพื่อสังเคราะห์ ATP
ประวัติและที่ตั้ง
ข้อบ่งชี้ของการดำรงอยู่ของเส้นทางนี้ที่จะเริ่มต้นในปี 1930 ขอบคุณที่นักวิจัยอ็อตโตวอร์เบิร์กที่จะให้เครดิตกับการค้นพบของ NADP +
การสังเกตบางอย่างอนุญาตให้ค้นพบทางเดินโดยเฉพาะอย่างยิ่งความต่อเนื่องของการหายใจเมื่อมีสารยับยั้งไกลโคไลซิสเช่นฟลูออไรด์ไอออน
จากนั้นในปี 1950 นักวิทยาศาสตร์ Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann และ Efraim Racker ได้อธิบายถึงวิถีเพนโตสฟอสเฟต
เนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์คอเลสเตอรอลและกรดไขมันเช่นต่อมน้ำนมเนื้อเยื่อไขมันและไตมีเอนไซม์เพนโตสฟอสเฟตที่มีความเข้มข้นสูง
ตับยังเป็นเนื้อเยื่อที่สำคัญสำหรับเส้นทางนี้ด้วยเช่นกันประมาณ 30% ของการออกซิเดชั่นของกลูโคสในเนื้อเยื่อนี้เกิดขึ้นเนื่องจากเอนไซม์ของทางเดินเพนโตสฟอสเฟต
คุณสมบัติ
วิถีเพนโตสฟอสเฟตมีหน้าที่ในการรักษาสภาวะสมดุลของคาร์บอนในเซลล์ ในทำนองเดียวกันทางเดินจะสังเคราะห์สารตั้งต้นของนิวคลีโอไทด์และโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์กรดอะมิโน (โครงสร้างของเปปไทด์และโปรตีน)
เป็นแหล่งพลังงานหลักในการลดปฏิกิริยาของเอนไซม์ นอกจากนี้ยังมีโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาอะนาโบลิกและสำหรับกระบวนการป้องกันจากความเครียดออกซิเดชัน ขั้นตอนสุดท้ายของ pathway มีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการรีดอกซ์ภายใต้สถานการณ์ความเครียด
ขั้นตอน
วิถีเพนโตสฟอสเฟตประกอบด้วยสองขั้นตอนในไซโตซอลของเซลล์: ตัวออกซิเดชั่นซึ่งสร้าง NADPH ด้วยการออกซิเดชั่นของกลูโคส -6- ฟอสเฟตเป็นไรโบส -5- ฟอสเฟต และสารที่ไม่ออกซิเดชั่นซึ่งเกี่ยวข้องกับการผันกลับของน้ำตาลคาร์บอนสามสี่ห้าหกและเจ็ด
เส้นทางนี้นำเสนอปฏิกิริยาที่ใช้ร่วมกันกับวัฏจักรคาลวินและกับเส้นทางเอนเทอร์ - โดโดรอฟซึ่งเป็นอีกทางเลือกหนึ่งของไกลโคไลซิส
เฟสออกซิเดชัน
ขั้นตอนการเริ่มต้นด้วยการออกซิเดชั่ไฮโดรจีเนของโมเลกุลกลูโคส -6- ฟอสเฟตที่คาร์บอน 1. ปฏิกิริยานี้คือการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์ dehydrogenase กลูโคส -6- ฟอสเฟตซึ่งมีความจำเพาะสูงสำหรับ NADP +
ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้คือ 6-phosphonoglucon-δ-lactone จากนั้นผลิตภัณฑ์นี้จะถูกไฮโดรไลซ์โดยเอนไซม์แลคโทเนสเพื่อให้ 6-phosphogluconate สารประกอบหลังนี้ถูกเอนไซม์ 6-phosphogluconate dehydrogenase และกลายเป็น ribulose 5-phosphate
เอนไซม์ฟอสโฟเพนโทสไอโซเมอเรสเร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนสุดท้ายของระยะออกซิเดชั่นซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ไรโบส 5 - ฟอสเฟตโดยการไอโซเมอไรเซชันของไรบูโลส 5 - ฟอสเฟต
ชุดของปฏิกิริยานี้สร้าง NADPH 2 โมเลกุลและ ribose 5-phosphate 1 โมเลกุลสำหรับทุกโมเลกุลของกลูโคส 6-phosphate ที่เข้าสู่ทางเดินของเอนไซม์นี้
ในบางเซลล์ข้อกำหนดสำหรับ NADPH นั้นมากกว่าที่ต้องการสำหรับ ribose 5-phosphate ดังนั้นเอนไซม์ transketolase และ transaldolase จะใช้ ribose 5-phosphate และเปลี่ยนเป็น glyceraldehyde 3-phosphate และ fructose 6-phosphate ซึ่งเป็นทางที่ไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น สารประกอบทั้งสองชนิดสุดท้ายนี้สามารถเข้าสู่วิถีไกลโคไลติก
เฟสที่ไม่เกิดออกซิเดชัน
ขั้นตอนนี้เริ่มต้นด้วยปฏิกิริยา epimerization ที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ pentose-5-phosphate epimerase Ribulose-5-phosphate ถูกจับโดยเอนไซม์นี้และเปลี่ยนเป็น xylulose-5-phosphate
ผลิตภัณฑ์นี้ถูกดูดซึมโดยเอนไซม์ทรานส์คีโตเลสที่ทำหน้าที่ร่วมกับโคเอนไซม์ไทอามีนไพโรฟอสเฟต (TTP) ซึ่งเป็นตัวเร่งการเคลื่อนผ่านของไซลูโลส -5- ฟอสเฟตไปยังไรโบส -5- ฟอสเฟต ด้วยการถ่ายโอนคีโตสไปยังอัลโดสจะเกิดกลีเซอราลดีไฮด์ -3 ฟอสเฟตและเซโดเฮปทูโลส -7- ฟอสเฟต
จากนั้นเอนไซม์ transaldolase จะถ่ายโอน C3 จากโมเลกุล sedoheptulose-7-phosphate ไปยัง glyceraldehyde-3-phosphate ผลิตน้ำตาลสี่คาร์บอน (erythrose-4-phosphate) และน้ำตาลคาร์บอนหก (ฟรุกโตส -6 -ฟอสเฟต). ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถป้อนทางเดินไกลโคไลติก
เอนไซม์ transketosal ทำหน้าที่อีกครั้งเพื่อถ่ายโอน C2 จาก xylulose-5-phosphate ไปยัง erythrose-4-phosphate ทำให้เกิด fructose-6-phosphate และ glyceraldehyde-3-phosphate เช่นเดียวกับในขั้นตอนก่อนหน้านี้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถเข้าสู่ไกลโคไลซิสได้
ระยะที่สองนี้เชื่อมต่อเส้นทางที่สร้าง NADPH กับผู้ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์ ATP และ NADH นอกจากนี้ผลิตภัณฑ์ฟรุกโตส -6- ฟอสเฟตและไกลเซอราลดีไฮด์ -3- ฟอสเฟตสามารถเข้าสู่กลูโคโนเจเนซิสได้
โรคที่เกี่ยวข้อง
โรคที่แตกต่างกันมีความเกี่ยวข้องกับวิถีเพนโตสฟอสเฟตระหว่างโรคทางประสาทและกล้ามเนื้อเหล่านี้กับมะเร็งชนิดต่างๆ
การศึกษาทางคลินิกส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การหาปริมาณกิจกรรมของกลูโคส -6- ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสเนื่องจากเป็นเอนไซม์หลักที่ทำหน้าที่ควบคุมทางเดิน
ในเซลล์เม็ดเลือดที่เป็นของบุคคลที่อ่อนแอต่อโรคโลหิตจางพวกมันมีกิจกรรมของเอนไซม์ที่มีน้ำตาลกลูโคส -6- ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสต่ำ ในทางตรงกันข้ามเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งในกล่องเสียงมีการทำงานของเอนไซม์สูง
NADPH มีส่วนเกี่ยวข้องในการผลิตกลูตาไธโอนซึ่งเป็นโมเลกุลของเปปไทด์ที่สำคัญในการป้องกันสายพันธุ์ออกซิเจนที่ทำปฏิกิริยาซึ่งเกี่ยวข้องกับความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
มะเร็งชนิดต่าง ๆ นำไปสู่การกระตุ้นของ pentose pathway และเกี่ยวข้องกับกระบวนการแพร่กระจายการสร้างเส้นเลือดและการตอบสนองต่อเคมีบำบัดและการรักษาด้วยรังสีบำบัด
ในทางกลับกันโรค granulomatous เรื้อรังจะเกิดขึ้นเมื่อมีความบกพร่องในการผลิต NADPH
อ้างอิง
- เบิร์ก, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002) ชีวเคมี. WH ฟรีแมน
- Konagaya, M. , Konagaya, Y. , Horikawa, H. , & Iida, M. (1990). วิถีเพนโตสฟอสเฟตในโรคระบบประสาทและกล้ามเนื้อ - การประเมินกลูโคสในกล้ามเนื้อ 6 - กิจกรรมของฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสและปริมาณอาร์เอ็นเอ Rinsho shinkeigak วิทยาคลินิก, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A. , & Perra, A. (2017). บทบาทที่เกิดขึ้นใหม่ของวิถีเพนโตสฟอสเฟตในมะเร็งเซลล์ตับ Frontiers in oncology, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). วิถีเพนโตสฟอสเฟตและมะเร็ง แนวโน้มของวิทยาศาสตร์ชีวเคมี, 39 (8), 347–354
- Stincone, A. , Prigione, A. , Cramer, T. , Wamelink, M. , Campbell, K. , Cheung, E. , … & Keller, MA (2015). การกลับมาของการเผาผลาญ: ชีวเคมีและสรีรวิทยาของวิถีเพนโตสฟอสเฟต บทวิจารณ์ทางชีววิทยา, 90 (3), 927–963
- Voet, D. , & Voet, JG (2013). ชีวเคมี. บรรณาธิการศิลปะ