Laluan pentosa fosfat, juga dikenali sebagai pengalihan hexose monophosphate, adalah jalur metabolik asas yang produk akhirnya adalah ribosa, diperlukan untuk jalur sintesis nukleotida dan asid nukleik, seperti DNA, RNA, ATP, NADH, FAD dan koenzim A.
Ia juga menghasilkan NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide fosfat), digunakan dalam pelbagai reaksi enzimatik. Laluan ini sangat dinamik dan mampu menyesuaikan produknya bergantung pada keperluan sesaat sel.
ATP (adenosin trifosfat) dianggap sebagai "mata wang tenaga" sel, kerana hidrolisisnya dapat digabungkan dengan pelbagai reaksi biokimia.
Begitu juga, NADPH adalah mata wang tenaga kedua yang penting untuk sintesis reduktif asid lemak, sintesis kolesterol, sintesis neurotransmitter, fotosintesis dan reaksi detoksifikasi, antara lain.
Walaupun NADPH dan NADH serupa dalam struktur, mereka tidak dapat digunakan secara bergantian dalam reaksi biokimia. NADPH mengambil bahagian dalam penggunaan tenaga bebas dalam pengoksidaan metabolit tertentu untuk biosintesis reduktif.
Sebaliknya, NADH terlibat dalam penggunaan tenaga bebas dari pengoksidaan metabolit untuk mensintesis ATP.
Sejarah dan lokasi
Petunjuk keberadaan jalan ini bermula pada tahun 1930 terima kasih kepada penyelidik Otto Warburg, yang dikreditkan dengan penemuan NADP + .
Pemerhatian tertentu memungkinkan penemuan jalur, terutama kelanjutan pernafasan di hadapan penghambat glikolisis, seperti ion fluorida.
Kemudian, pada tahun 1950, saintis Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann dan Efraim Racker menerangkan laluan fosfat pentosa.
Tisu yang terlibat dalam sintesis kolesterol dan asid lemak, seperti kelenjar susu, tisu adiposa, dan ginjal, mempunyai kepekatan enzim pentosa fosfat yang tinggi.
Hati juga merupakan tisu penting untuk laluan ini: kira-kira 30% pengoksidaan glukosa dalam tisu ini berlaku berkat enzim-enzim dari pentosa fosfat.
ciri-ciri
Laluan fosfat pentosa bertanggungjawab untuk mengekalkan homeostasis karbon di dalam sel. Begitu juga, laluan mensintesis pendahulunya nukleotida dan molekul yang terlibat dalam sintesis asid amino (blok bangunan peptida dan protein).
Ini adalah sumber utama pengurangan daya untuk reaksi enzimatik. Di samping itu, ia menyediakan molekul yang diperlukan untuk reaksi anabolik dan untuk proses pertahanan terhadap tekanan oksidatif. Fasa terakhir laluan sangat penting dalam proses redoks dalam keadaan tekanan.
Fasa
Jalur fosfat pentosa terdiri daripada dua fasa dalam sitosol sel: satu oksidatif, yang menghasilkan NADPH dengan pengoksidaan glukosa-6-fosfat menjadi ribosa-5-fosfat; dan bukan oksidatif, yang melibatkan penukaran tiga, empat, lima, enam dan tujuh gula karbon.
Laluan ini menunjukkan reaksi yang dikongsi dengan kitaran Calvin dan dengan jalur Entner - Doudoroff, yang merupakan alternatif untuk glikolisis.
Fasa oksidatif
Fasa oksidatif bermula dengan dehidrogenasi molekul glukosa-6-fosfat pada karbon 1. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase, yang mempunyai kekhususan tinggi untuk NADP + .
Hasil tindak balas ini ialah 6-phosphonoglucon-δ-lactone. Produk ini kemudian dihidrolisiskan oleh enzim laktonase untuk memberikan 6-fosfoglukonat. Sebatian terakhir diambil oleh enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase dan menjadi ribulosa 5-fosfat.
Enzim phosphopentose isomerase memangkinkan langkah terakhir fasa oksidatif, yang melibatkan sintesis ribosa 5-fosfat dengan isomerisasi ribulosa 5-fosfat.
Rangkaian tindak balas ini menghasilkan dua molekul NADPH dan satu molekul ribosa 5-fosfat untuk setiap molekul glukosa 6-fosfat yang memasuki jalur enzimatik ini.
Dalam beberapa sel, keperluan untuk NADPH lebih besar daripada keperluan untuk ribosa 5-fosfat. Oleh itu, enzim transketolase dan transaldolase mengambil ribosa 5-fosfat dan mengubahnya menjadi gliseraldehid 3-fosfat dan fruktosa 6-fosfat, memberi laluan kepada fasa bukan oksidatif. Dua sebatian terakhir ini dapat memasuki jalur glikolitik.
Fasa bukan oksidatif
Fasa dimulakan dengan reaksi epimerisasi yang dikatalisis oleh enzim pentose-5-fosfat epimerase. Ribulosa-5-fosfat diambil oleh enzim ini dan ditukarkan menjadi xilulosa-5-fosfat.
Produk ini diambil oleh enzim transketolase yang bertindak bersama dengan koenzim thiamine pyrophosphate (TTP), yang menjadi pemangkin kepada pemindahan xylulose-5-fosfat ke ribose-5-fosfat. Dengan pemindahan ketosa ke aldose, gliseraldehid-3-fosfat dan sedoheptulosa-7-fosfat dihasilkan.
Enzim transaldolase kemudian memindahkan C3 dari molekul sedoheptulosa-7-fosfat ke gliseraldehid-3-fosfat, menghasilkan gula empat karbon (eritrose-4-fosfat) dan gula enam-karbon (fruktosa-6 -fosfat). Produk ini mampu memberi makan saluran glikolitik.
Enzim transketosal bertindak semula untuk memindahkan C2 dari xylulose-5-fosfat ke eritrose-4-fosfat, menghasilkan fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehid-3-fosfat. Seperti pada langkah sebelumnya, produk ini dapat memasuki glikolisis.
Fasa kedua ini menghubungkan laluan yang menghasilkan NADPH dengan mereka yang bertanggungjawab untuk mensintesis ATP dan NADH. Selanjutnya, produk fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehid-3-fosfat dapat memasuki glukoneogenesis.
Penyakit yang berkaitan
Patologi yang berbeza berkaitan dengan laluan fosfat pentosa, antara penyakit neuromuskular ini dan pelbagai jenis kanser.
Sebilangan besar kajian klinikal menumpukan pada mengukur aktiviti glukosa-6-fosfat dehidrogenase, kerana ia adalah enzim utama yang bertanggungjawab untuk mengatur jalan.
Dalam sel darah milik individu yang terdedah kepada anemia, mereka menunjukkan aktiviti enzimatik glukosa-6-fosfat dehidrogenase rendah. Sebaliknya, garis sel yang berkaitan dengan karsinoma di laring menunjukkan aktiviti enzim yang tinggi.
NADPH terlibat dalam penghasilan glutathione, molekul peptida utama dalam perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif, yang terlibat dalam tekanan oksidatif.
Jenis kanser yang berlainan menyebabkan pengaktifan jalan pentosa dan ia berkaitan dengan proses metastasis, angiogenesis dan tindak balas terhadap rawatan kemoterapi dan radioterapi.
Sebaliknya, penyakit granulomatosa kronik berkembang apabila terdapat kekurangan dalam pengeluaran NADPH.
Rujukan
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokimia. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Jalur fosfat pentosa dalam penyakit neuromuskular - penilaian glukosa otot 6 - aktiviti dehidrogenase fosfat dan kandungan RNA. Rinsho shinkeigak. Neurologi klinikal, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Peranan muncul pentosa fosfat dalam karsinoma hepatoselular. Sempadan dalam onkologi, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Laluan fosfat pentosa dan barah. Aliran sains biokimia, 39 (8), 347–354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E., … & Keller, MA (2015). Kembalinya metabolisme: biokimia dan fisiologi laluan fosfat pentosa. Ulasan Biologi, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Biokimia. Penyunting Bersenjata.