definición
también conocida como derivación de fosfato de pentosa, la Vía de fosfato de pentosa (PPP) es una de las vías metabólicas (las otras son la glucólisis y el ciclo de Krebs) que sirve específicamente para producir NADPH (fosfato de dinucleótido de nicotinamida adenina reducido es una forma reducida de NADP+) y ribosa 5-trifosfato (r5p).,
los productos de la ruta del fosfato de pentosa son esenciales para el funcionamiento normal de las células y la proliferación, por lo que PPP es uno de los procesos metabólicos más importantes en varios organismos.
* Ribosa 5 fosfato es necesaria para la síntesis de ácidos nucleicos, mientras que el NADPH es esencial para la síntesis de diversas moléculas orgánicas (aminoácidos no esenciales, esteroles y ácidos grasos, etc)., Además, NADPH está involucrado en la conversión de glutatión oxidado en glutatión, un proceso que contribuye a las defensas antioxidantes celulares.
* en la mayoría de los organismos, la Vía del fosfato de pentosa ocurre en el citosol (aquí es donde se encuentran la mayoría de las enzimas involucradas en los procesos). En las plantas, sin embargo, algunos de los pasos de la vía ocurren en los plastidos.,
mecanismo
para la mayoría de los organismos, se ha demostrado que las vías metabólicas ocurren en el citosol (matriz citoplasmática/citoplasma) donde se encuentran la mayoría de las enzimas asociadas. En algunos organismos (plantas, parásitos, protozoos, etc.), sin embargo, algunos de los pasos en la vía ocurren en algunos de los orgánulos como los glicosomas, el retículo endoplásmico y los plastidos.
generalmente, la Vía del fosfato de pentosa puede ser vista como una vía que se ramifica de la glucólisis., Durante la glucólisis, la glucosa, una molécula de 6 carbonos, se convierte en glucosa-6-fosfato mediante la adición de un grupo fosfato.
esto ocurre a través de un proceso conocido como fosforilación. Aquí, la hexoquinasa (o glucoquinasa en algunos casos) está involucrada en la adición del grupo fosfato al sexto carbono de la glucosa.,
la producción de glucosa-6-fosfato se considera comúnmente como el paso/fase más importante del metabolismo dado que es el punto de convergencia para todas las vías metabólicas, incluida la síntesis de glucógeno, la glucólisis y la Vía de fosfato de pentosa. Para que todos estos procesos ocurran, entonces este paso tiene que ocurrir.
después de la producción de glucosa-6-fosfato, la forma en que la Vía de fosfato de pentosa procede depende en gran medida de las necesidades de la célula., Por esta razón, antes de analizar la Vía en detalle, es importante considerar varios escenarios (con respecto a las necesidades celulares) y su impacto en la vía.
la célula requiere tanto ribosa 5-fosfato como NADPH – en un escenario donde la célula requiere tanto ribosa-5-fosfato como NADPH, entonces la glucosa-6-fosfato entra en la fase oxidativa para producir estos productos., Para las células con una alta demanda de las dos moléculas, los estudios han demostrado que solo se produce la fase oxidativa. Aquí, entonces, la fase no oxidativa de la Vía puede no tener lugar.
en esta reacción, una sola molécula de glucosa-6-fosfato (en presencia de una molécula de agua y NADP+) produce dos (2) moléculas de NADPH y una sola molécula de ribulosa 5-fosfato. Otros productos de estas reacciones incluyen iones de hidrógeno y dióxido de carbono.,
algunas de las enzimas involucradas en la fase oxidativa incluyen glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (responsable de la producción de NADPH), lactonasa (involucrada en la producción de 6-fosfogluconato), y 6-fosfogluconato deshidrogenasa que está involucrada en la producción de ribulosa 5-fosfato y una molécula adicional de NADPH.
una célula requiere ribosa-5-fosfato – en un caso donde la célula requiere cantidades más altas de ribosa 5-fosfato que NADPH, (E. G., células que están a punto de sufrir división celular y por lo tanto tienen que replicar el ácido nucleico), la glucosa 6-fosfato entra en la vía glicolítica para producir fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato (GAP).
las dos moléculas están involucradas en la producción de ribosa 5-fosfato a través de la fase no oxidativa inversa. La fase oxidativa también se evita de tener lugar y por lo tanto NADPH no se produce. A diferencia del escenario anterior, aquí se requiere energía ATP para generar 6 moléculas de ribosa 5-fosfato., Además, se producen ADP y dos (2) iones de hidrógeno.
* en esta fase, se requiere ATP para transformar fructosa 6-fosfato (que se produjo a partir de glucosa 6-fosfato en el proceso glicolítico) en fructosa 1,6 bisfosfato. Es fructosa 1,6 bisfosfato que luego se convierte en gliceraldehído 3-fosfato (GAP involucrado en la producción de ribosa 5-fosfato) y dihidroxiacetona fosfato.,
la célula requiere cantidades altas de NADPH – el tercer escenario es donde la célula demanda cantidades más altas de NADPH que ribosa 5-fosfato. Un buen ejemplo de estas células son las células grasas (implicadas en la biosíntesis de ácidos grasos). Aquí, la glucosa 6-fosfato entra primero en la fase oxidativa para producir ribosa 5-fosfato. Esto es seguido por la fase no oxidativa que resulta en la producción de fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.,
los dos productos de la fase no oxidativa se convierten en glucosa 6-fosfato a través de un proceso conocido como gluconeogénesis. Aquí, vale la pena señalar que durante la fase oxidativa, la glucosa 6-fosfato utiliza una molécula de agua y NADP+ para liberar dos moléculas de NADPH, dióxido de carbono y dos iones de hidrógeno. Por lo tanto, NADPH se libera durante la fase oxidativa.,
la fase no oxidativa también permite que la ribosa 5-fosfato que se produjo se transforme de nuevo en glucosa 6-fosfato (se reciclan) repitiendo el proceso. Como resultado, este proceso está involucrado principalmente en la producción de altas cantidades de NADPH que es requerido por la célula.,
* mientras que la fase oxidativa es suficiente para la producción del NADPH requerido, la fase no oxidativa permite el reciclaje de ribosa 5-fosfato en glucosa 6-fosfato
la célula requiere NADPH y ATP-como es el caso con el escenario donde la célula requiere altas cantidades de NADPH, este escenario involucra tanto la fase oxidativa como la no oxidativa. Sin embargo, los productos finales de la fase no oxidativa no experimentan gluconeogénesis.,
durante la fase oxidativa, la glucosa 6-fosfato se convierte en NADPH y ribosa 6-fosfato. Este fosfato (ribosa 6-fosfato) luego entra en la fase no oxidativa para producir fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato. A su vez, los dos entran en la vía glicolítica donde están involucrados en la producción de piruvato y dos moléculas de ATP.,
Oxidativa y No oxidativa Fases
Como se mencionó, existen dos fases principales de la Vía de las Pentosas Fosfato. La fase oxidativa de la vía ha demostrado ser particularmente activa en la mayoría de las células eucariotas y sirve para convertir la glucosa 6-fosfato en NADPH, ribulosa 5-fosfato, así como dióxido de carbono.,
la fase no oxidativa, por otro lado, se ha demostrado que es ubicua donde los intermedios de la glicólisis ( fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato) se metabolizan para producir ribosa 5-fosfato que se requiere para la síntesis de ácidos nucleicos.
además, la ribosa también participa en la producción de fosfatos de azúcar que sirven como precursores de la síntesis de aminoácidos. Esta sección se centrará en los diferentes pasos/etapas de las fases oxidativa y no oxidativa de la Vía del fosfato de pentosa.,
Fase oxidativa
como se mencionó, la fase oxidativa de la Vía de fosfato de pentosa es oxidar la molécula de glucosa (glucosa 6-fosfato) y NADPH (un agente reductor) muy necesario.,
esta fase de la vía consta de varios pasos importantes que incluyen:
paso 1 – en esta etapa de la fase oxidativa, la enzima glucosa 6-fosfato deshidrogenasa, en presencia de NADP+ (un aceptor universal de electrones), convierte la glucosa 6-fosfato en 6 fosfoglucono delta lactona.
durante esta reacción, la molécula NADP+, que es un aceptor de electrones, acepta dos electrones de la glucosa 6-fosfato., Como resultado, se forma una forma reducida de NADP+ (NADPH), así como un ion de hidrógeno adicional. Al liberar los dos electrones, la glucosa 6-fosfato se convierte en 6-fosfoglucono-delta-lactona.
Paso 2 – El segundo paso de la oxidación de la fase está dirigida a la preparación de la 6-phosphoglucono-delta-lactona para la descarboxilación (extirpación del grupo carboxilo de la molécula)., Para que esto ocurra, la molécula se hidrata primero bajo la influencia de la lactonasa (una proteína involucrada en las reacciones de hidrólisis).
esta reacción transforma la 6-fosfoglucono-delta-lactona en 6 fosfogluconato y un ion hidrógeno. En esta forma, la molécula está lista para la descarboxilación.
paso 3-Luego, el fosfogluconato 6 se somete a descarboxilación para formar ribulosa 5-fosfato (una pentosa o molécula de carbono 5)., En esta reacción, la enzima 6-fosfogluconato está involucrada en la descarboxilación de la molécula 6-fosfogluconato.
esta reacción no solo implica la eliminación del grupo carboxilo en la molécula (6-fosfogluconato) para producir dióxido de carbono, sino también la liberación de dos electrones que son aceptados por NADP+ para formar NADPH. Aquí, la reducción de NADP + resulta en el aumento neto de NADPH.,
paso 4-La última reacción de la fase oxidativa, también conocida comúnmente como una reacción de isomerización, resulta en la formación de un isómero. Durante esta reacción, la enzima fosfopentosa isomerasa es responsable de convertir la ribulosa (ribulosa 5-fosfato) en ribosa 5-fosfato.
* la velocidad a la que se producen estas reacciones depende en gran medida de las necesidades de la célula., Siendo un donante de electrones requerido para la reducción de compuestos oxidados, NADPH se produce en gran medida para una gama de reacciones redox incluyendo la biosíntesis reductiva (por ejemplo, en la síntesis de moléculas tales como hormonas esteroides, ácidos grasos y aminoácidos no esenciales, etc.), desintoxicación, así como la generación de especies reactivas de oxígeno, etc. Aquí, las reacciones producen NADP + después de la reducción de NADPH.,
generalmente, la fase oxidativa de la vía del fosfato de pentosa se puede representar de la siguiente manera:
fase no oxidativa de la vía del fosfato de pentosa
al final de la fase de oxidación, una sola molécula de glucosa 6-fosfato produce dos moléculas de NADPH y una sola molécula de ribosa 5-fosfato (un azúcar de pentosa). Como se mencionó, el NADPH y el azúcar de ribosa tienen diferentes funciones.,
mientras que el NADPH se utiliza para una gama de procesos que incluyen la biosíntesis de varias macromoléculas y la desintoxicación, entre otros, el azúcar de ribosa, por otro lado, se utiliza para generar varias moléculas basadas en nucleótidos (ADN, ARN, FAD y CoA, etc.).
generalmente, las células del cuerpo pueden requerir más NADPH que ribosa 5-fosfato dado que hay muchos más procesos celulares que requieren esta molécula., Por esta razón, algunas de las moléculas de ribosa 5-fosfato se reciclan para producir glucosa 6-fosfato que luego puede volver a entrar en la fase oxidativa para producir más NADPH. Estas reacciones (involucradas en el reciclaje de ribosa 5-fosfato) ocurren en la fase no oxidativa.,
como es el caso con la fase oxidativa, la fase no oxidativa se puede dividir en 4 etapas principales que incluyen:
paso 1-durante la primera etapa de la fase no oxidativa, hay dos reacciones principales que finalmente resultan en la producción de xilulosa 5 – fosfato. Durante la primera reacción, la fosfopentosa isomerasa está involucrada en la conversión de ribosa 5-fosfato en ribulosa 5-fosfato.,
este es el convertido en xilulosa 5-fosfato durante la segunda reacción por fosfopentosa epimerasa. Dado que este paso comienza con dos moléculas de ribosa 5-fosfato, los productos finales son dos moléculas de xilulosa 5-fosfato.,
paso 2-Durante la segunda etapa de la fase no oxidativa, una sola molécula de xilulosa 5-fosfato (desde el primer paso) se combina con una sola molécula de ribosa 5-fosfato en presencia de la enzima transcetolasa para formar Sedoheptulosa 7-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato. Esta reacción depende de un cofactor conocido como pirofosfato de tiamina.,
en presencia de este cofactor, la enzima (transcetolasa) elimina un grupo de dos carbonos ubicado en la xilulosa 5-fosfato y lo agrega a la ribosa 5-fosfato. Esto resulta en la producción de una molécula de siete carbonos (Sedoheptulosa 7-fosfato) y una molécula de tres carbonos (gliceraldehído 3-fosfato).,
Paso 3 – en el tercer paso, los dos moléculas producidas durante el segundo paso se utilizan para producir erythrose 4-fosfato y fructosa 6-fosfato. Aquí, una enzima conocida como transaldolasa está involucrada en la transferencia de un grupo de tres carbonos de la Sedoheptulosa 7-fosfato al gliceraldehído 3-fosfato.,
en el proceso, la Sedoheptulosa 7-fosfato se transforma en la eritrosa 4-fosfato, mientras que el gliceraldehído 3-fosfato se convierte en fructosa 6-fosfato.
paso 4-El cuarto paso de la fase no oxidativa es el paso final. En este paso, la eritrosa 4-fosfato se combina con una molécula de xilulosa 5-fosfato (del paso 1) para formar fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.,
esta reacción es catalizada por la enzima transcetolasa e implica la transferencia de los dos grupos de carbono de la xilulosa 5-fosfato a la eritrosa 4-fosfato. Como resultado, la eritrosa 4-fosfato se convierte en fructosa 6-fosfato, mientras que la xilulosa 5-fosfato se transforma en gliceraldehído 3-fosfato (GAP).,
* por lo tanto, en general, la fase no oxidativa en su conjunto sirve para convertir la ribosa 5-fosfato de la fase oxidativa en fructosa 6-fosfato y gliceraldehído 3-fosfato que son intermedios glicolíticos involucrados en la producción de glucosa 6-fosfato.
como se mencionó anteriormente, la función principal de esta fase (no oxidativa) es reciclar ribosa 5-fosfato en glucosa 6-fosfato., Por lo tanto, donde hay una alta demanda de NADPH, esta fase juega un papel importante en el reciclaje de la ribosa para producir intermedios que a su vez se utilizan para formar glucosa 6-fosfato. La glucosa entonces entra en la fase oxidativa para producir dos moléculas de NADPH y una sola ribosa 5-fosfato a medida que el ciclo continúa.
la fase no oxidativa se puede representar de la siguiente manera:
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Anna Stincone et al. (2015). The return of metabolism: biochemistry and physiology of the pentose phosphate pathway.
James D. Mauseth. (1991). Botany: An Introduction to Plant Biology.,
Mary K Campbell y Shawn O. Farrell. (1991). Bioquímica.
Marta Anna Kowalik, Amedeo Columbano y Andrea Perra. (2017). Emerging Role of the Pentose Phosphate Pathway in hepatocelular Carcinoma.
