Definizione
noto Anche come il pentoso fosfato di shunt, via dei Pentoso Fosfati (PPP), è una delle vie metaboliche (le altre sono la glicolisi e ciclo di Krebs) che in particolare serve per produrre NADPH (Ridotto nicotinammide adenina dinucleotide fosfato è una forma di riduzione del NADP+) e ribosio 5-trifosfato (R5P).,
I prodotti della Via del Pentoso fosfato sono essenziali per il normale funzionamento e la proliferazione cellulare rendendo così il PPP uno dei processi metabolici più importanti in vari organismi.
* Ribosio 5 fosfato è necessaria per la sintesi dell’acido nucleico, mentre NADPH è essenziale per la sintesi di varie molecole organiche (aminoacidi non essenziali, steroli e acidi grassi, ecc)., Anche, NADPH è coinvolto nella conversione del glutatione ossidato in glutatione, un processo che contribuisce alle difese antiossidanti cellulari.
* Nella maggior parte degli organismi, la Via del Pentoso fosfato si verifica nel citosol (qui si trova la maggior parte degli enzimi coinvolti nei processi). Nelle piante, tuttavia, alcuni dei passaggi del percorso si verificano nei plastidi.,
Meccanismo
Per la maggior parte degli organismi, è stato dimostrato che le vie metaboliche si verificano nel citosol (matrice citoplasmatica / citoplasma) dove si trova la maggior parte degli enzimi associati. In alcuni organismi (piante, parassiti, protozoi, ecc.), tuttavia, alcuni dei passaggi del percorso si verificano in alcuni organelli come glicosomi, reticolo endoplasmatico e plastidi.
Generalmente, la via del pentoso fosfato può essere vista come una via che si dirama dalla glicolisi., Durante la glicolisi, il glucosio, una molecola di 6-carbonio, viene convertito in glucosio-6-fosfato mediante l’aggiunta di un gruppo fosfato.
Ciò avviene attraverso un processo noto come fosforilazione. Qui, l’esochinasi (o glucochinasi in alcuni casi) è coinvolta nell’aggiunta del gruppo fosfato sul sesto carbonio del glucosio.,
La produzione di glucosio-6-fosfato è comunemente considerata la fase / fase più importante del metabolismo dato che è il punto di convergenza per tutte le vie metaboliche, tra cui la sintesi del glicogeno, la glicolisi e la via del pentoso fosfato. Affinché tutti questi processi si verifichino, questo passaggio deve verificarsi.
In seguito alla produzione di glucosio-6-fosfato, il modo in cui procede la via del pentoso fosfato dipende in gran parte dalle esigenze della cellula., Per questo motivo, prima di esaminare il percorso in dettaglio, è importante considerare diversi scenari (per quanto riguarda le esigenze cellulari) e il loro impatto sul percorso.
Cella richiede ribosio 5-fosfato e NADPH – In uno scenario In cui la cella richiede ribosio-5-fosfato e NADPH, quindi glucosio-6-fosfato entra ossidativo fase per la produzione di questi prodotti., Per le cellule con una forte domanda per le due molecole, gli studi hanno dimostrato che si verifica solo la fase ossidativa. Qui, quindi, la fase non ossidativa del percorso potrebbe non aver luogo.
In questa reazione, una singola molecola di glucosio-6-fosfato (in presenza di una molecola d’acqua e NADP+) produce due (2) molecole di NADPH e una singola molecola di ribulosio 5-fosfato. Altri prodotti di queste reazioni includono ioni idrogeno e anidride carbonica.,
Alcuni enzimi coinvolti nella ossidativo fase di glucosio-6-fosfato deidrogenasi (responsabile per la produzione di NADPH), lactonase (coinvolti nella produzione di 6-fosfogluconato), e 6-fosfogluconato deidrogenasi, che è coinvolto nella produzione di ribulosio 5-fosfato e un ulteriore molecola di NADPH.
Una cellula richiede ribosio-5-fosfato – nel caso in cui la cellula richieda quantità maggiori di ribosio 5-fosfato rispetto al NADPH, (ad es., cellule che stanno per subire la divisione cellulare e quindi devono replicare l’acido nucleico), il glucosio 6-fosfato entra nella via glicolitica per produrre fruttosio 6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato (GAP).
Le due molecole sono quindi coinvolte nella produzione di ribosio 5-fosfato attraverso la fase non ossidativa inversa. La fase ossidativa è anche impedito di prendere posto e quindi NADPH non viene prodotto. A differenza dello scenario precedente, qui è necessaria energia ATP per generare 6 molecole di ribosio 5-fosfato., Inoltre, vengono prodotti ADP e due (2) ioni di idrogeno.
* In questa fase, l’ATP è necessario per trasformare il fruttosio-6-fosfato (che è stato prodotto dal glucosio-6-fosfato nel processo glicolitico) in fruttosio 1,6 bisfosfato. È fruttosio 1,6 bisfosfato che viene poi convertito in gliceraldeide 3-fosfato (GAP coinvolto nella produzione di ribosio 5-fosfato) e diidrossiacetone fosfato.,
La cella richiede elevate quantità di NADPH – Il terzo scenario è dove la cella richiede quantità più elevate di NADPH rispetto al ribosio 5-fosfato. Un buon esempio di tali cellule sono le cellule adipose (coinvolte nella biosintesi degli acidi grassi). Qui, il glucosio 6-fosfato entra per la prima volta nella fase ossidativa per produrre ribosio 5-fosfato. Questa è poi seguita dalla fase non ossidativa che si traduce nella produzione di fruttosio 6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.,
I due prodotti della fase non ossidativa vengono poi convertiti in glucosio 6-fosfato attraverso un processo noto come gluconeogenesi. Qui, vale la pena notare che durante la fase ossidativa, il glucosio 6-fosfato utilizza una molecola d’acqua e NADP+ per rilasciare due molecole di NADPH, anidride carbonica e due ioni idrogeno. Pertanto, NADPH viene rilasciato durante la fase ossidativa.,
La fase non ossidativa consente anche di trasformare il ribosio 5-fosfato che è stato prodotto in glucosio 6-fosfato (vengono riciclati) ripetendo il processo. Di conseguenza, questo processo è principalmente coinvolto nella produzione di elevate quantità di NADPH che è richiesto dalla cella.,
* Mentre ossidativo fase è sufficiente per la produzione di le necessarie NADPH, non ossidativo fase permette di riciclaggio di ribosio 5-fosfato in glucosio-6-fosfato
Cella richiede NADPH e ATP – Come è il caso con lo scenario in cui la cella richiede elevate quantità di NADPH, questo scenario coinvolge sia la ossidativo e non ossidativo fase. Tuttavia, i prodotti finali della fase non ossidativa non subiscono la gluconeogenesi.,
Durante la fase ossidativa, il glucosio 6-fosfato viene convertito in NADPH e ribosio 6-fosfato. Questo fosfato (ribosio 6-fosfato) entra quindi nella fase non ossidativa per produrre fruttosio 6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato. A loro volta, i due entrano nella via glicolitica dove sono coinvolti nella produzione di piruvato e due molecole di ATP.,
Fasi ossidative e non ossidative
Come accennato, ci sono due fasi principali della via del pentoso fosfato. La fase ossidativa della via ha dimostrato di essere particolarmente attiva nella maggior parte delle cellule eucariotiche e serve a convertire il glucosio 6-fosfato in NADPH, ribulosio 5-fosfato e anidride carbonica.,
La fase non ossidativa, d’altra parte, ha dimostrato di essere onnipresente dove gli intermedi della glicolisi ( fruttosio 6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato) sono metabolizzati per produrre ribosio 5-fosfato che è necessario per la sintesi di acidi nucleici.
Inoltre, il ribosio è anche coinvolto nella produzione di fosfati di zucchero che fungono da precursori della sintesi degli amminoacidi. Questa sezione si concentrerà sulle diverse fasi / fasi delle fasi ossidative e non ossidative della via del pentoso fosfato.,
Ossidativo Fase di
Come detto, la ossidativo fase dei Pentoso Fosfati è per ossidare la molecola di glucosio (glucosio-6-fosfato) e, infine, produrre la necessaria NADPH (agente riducente).,
Questa fase del percorso si compone di diversi passaggi importanti che sono:
Passo 1 – In questa fase della ossidativo fase, l’enzima glucosio-6-fosfato deidrogenasi, in presenza di NADP+ (universale accettore di elettroni), converte il glucosio-6-fosfato in 6 phosphoglucono delta lattone.
Durante questa reazione, la molecola NADP+, che è un accettore di elettroni, accetta due elettroni dal glucosio 6-fosfato., Di conseguenza, si forma una forma ridotta di NADP+ (NADPH) e uno ion idrogeno extra. Rilasciando i due elettroni, il glucosio 6-fosfato viene quindi convertito in 6-fosfoglucono-delta-lattone.
Fase 2 – La seconda fase del ossidativo fase è finalizzata alla preparazione di 6 phosphoglucono-delta-lattone per decarbossilazione (rimozione del gruppo carbossilico dalla molecola)., Perché ciò accada, la molecola viene prima idratata sotto l’influenza della lattonasi (una proteina coinvolta nelle reazioni di idrolisi).
Questa reazione trasforma il 6-fosfoglucono-delta-lattone in 6 fosfogluconato e uno hydrogen idrogeno. In questa forma, la molecola è pronta per la decarbossilazione.
Fase 3-Quindi, il 6 fosfogluconato subisce decarbossilazione per formare ribulosio 5-fosfato (una molecola di pentoso o 5 carbonio)., In questa reazione, l’enzima 6-fosfogluconato è coinvolto nella decarbossilazione della molecola 6-fosfogluconato.
Questa reazione comporta non solo la rimozione del gruppo carbossilico sulla molecola (6-fosfogluconato) per produrre anidride carbonica, ma anche il rilascio di due elettroni che sono accettati da NADP+ per formare NADPH. Qui, la riduzione di NADP + si traduce nell’aumento netto di NADPH.,
Fase 4 – L’ultima reazione della fase ossidativa, comunemente chiamata anche reazione di isomerizzazione, provoca la formazione di un isomero. Durante questa reazione, l’enzima fosfopentosio isomerasi è responsabile della conversione del ribulosio (ribulosio 5-fosfato) in ribosio 5-fosfato.
* La velocità con cui si verificano queste reazioni dipende in gran parte dalle esigenze della cellula., Essendo un donatore di elettroni richiesto per la riduzione dei composti ossidati, il NADPH è in gran parte prodotto per una gamma di reazioni redox tra cui la biosintesi riduttiva (ad esempio nella sintesi di molecole come ormoni steroidei, acidi grassi e amminoacidi non essenziali, ecc.), la disintossicazione, così come la generazione di specie reattive dell’ossigeno ecc. Qui, le reazioni producono NADP + dopo la riduzione di NADPH.,
in generale, la ossidativo fase dei pentoso fosfati può essere rappresentato come segue:
Non Ossidativo Fase di via dei Pentoso Fosfati
alla fine della fase di ossidazione, una singola molecola di glucosio-6-fosfato produce due molecole di NADPH e una singola molecola di ribosio 5-fosfato (uno zucchero pentoso). Come accennato, NADPH e zucchero ribosio hanno funzioni diverse.,
Mentre NADPH viene utilizzato per una serie di processi tra cui la biosintesi di varie macromolecole e la disintossicazione tra gli altri, lo zucchero ribosio, d’altra parte, viene utilizzato per generare varie molecole a base di nucleotidi (DNA, RNA, FAD e CoA, ecc.).
Generalmente, le cellule del corpo possono richiedere più NADPH del ribosio 5-fosfato dato che ci sono molti più processi cellulari che richiedono questa molecola., Per questo motivo, alcune delle molecole di ribosio 5-fosfato vengono riciclate per produrre glucosio 6-fosfato che può quindi rientrare nella fase ossidativa per produrre più NADPH. Queste reazioni (coinvolte nel riciclaggio del ribosio 5-fosfato) si verificano nella fase non ossidativa.,
Come è il caso con la ossidativo fase non ossidativa fase può essere suddivisa in 4 fasi/passaggi che includono:
Passo 1 – Durante la prima fase non ossidativa fase, ci sono due principali reazioni che alla fine si traducono nella produzione di xilulosio 5-fosfato. Durante la prima reazione, la fosfopentosio isomerasi è coinvolta nella conversione del ribosio 5-fosfato in ribulosio 5-fosfato.,
Questo è il convertito in xilulosio 5-fosfato durante la seconda reazione da fosfopentosio epimerasi. Dato che questa fase inizia con due molecole di ribosio 5-fosfato, i prodotti finali sono due molecole di xilulosio 5-fosfato.,
Fase 2 – Durante la seconda fase non ossidativa fase, una singola molecola di Xilulosio 5-fosfato (il primo passo) si combina con una molecola di ribosio 5-fosfato in presenza dell’enzima transchetolasi a forma Sedoheptulose 7-fosfato e Gliceraldeide 3-fosfato. Questa reazione dipende da un co-fattore noto come pirofosfato di tiamina.,
In presenza di questo cofattore, l’enzima (transketolasi) rimuove un gruppo di due carbonio situato sul xilulosio 5-fosfato e lo aggiunge sul ribosio 5-fosfato. Ciò si traduce nella produzione di una molecola di sette carbonio (sedoeptulosio 7-fosfato) e una molecola di tre carbonio (gliceraldeide 3-fosfato).,
Fase 3 – Durante la terza fase, le due molecole prodotte durante la seconda fase vengono utilizzate per produrre eritrosio 4-fosfato e fruttosio 6-fosfato. Qui, un enzima noto come transaldolasi è coinvolto nel trasferimento di un gruppo di tre carbonio dal sedoeptulosio 7-fosfato sulla gliceraldeide 3-fosfato.,
Nel processo, il sedoeptulosio 7-fosfato viene trasformato nell’eritrosio 4-fosfato mentre la gliceraldeide 3-fosfato viene convertita in fruttosio 6-fosfato.
Passo 4 – Il quarto passo della fase non ossidativa è il passo finale. In questa fase, l’eritrosio 4-fosfato viene combinato con una molecola di xilulosio 5-fosfato (dalla fase 1) per formare fruttosio 6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato.,
Questa reazione è catalizzata dall’enzima transketolasi e comporta il trasferimento dei due gruppi di carbonio su xilulosio 5-fosfato sull’eritrosio 4-fosfato. Di conseguenza, l’eritrosio 4-fosfato viene convertito in fruttosio 6-fosfato mentre xilulosio 5-fosfato viene trasformato in gliceraldeide 3-fosfato (GAP).,
* Pertanto, in generale, non ossidativo fase serve per convertire il ribosio 5-fosfato da ossidativo fase in fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide 3-fosfato che sono intermedi glicolitici coinvolti nella produzione di Glucosio-6-fosfato.
Come accennato in precedenza, la funzione principale di questa fase (non ossidativa) è quella di riciclare il ribosio 5-fosfato in glucosio 6-fosfato., Pertanto, dove c’è una forte domanda di NADPH, questa fase svolge un ruolo importante nel riciclaggio del ribosio per produrre intermedi che vengono a loro volta utilizzati per formare glucosio 6-fosfato. Il glucosio entra quindi nella fase ossidativa per produrre due molecole di NADPH e un singolo ribosio 5-fosfato mentre il ciclo continua.
non ossidativo fase può essere rappresentato come segue:
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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.,
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