VIE PENTOSE: FASI E MALATTIE CORRELATE - BIOLOGIA - 2024

La via del pentoso fosfato, nota anche come diversione dell'esoso monofosfato, è una via metabolica fondamentale il cui prodotto finale sono le ribosi, necessarie per le vie di sintesi dei nucleotidi e degli acidi nucleici, come DNA, RNA, ATP, NADH, FAD e coenzima A.

Produce anche NADPH (nicotinamide adenina dinucleotide fosfato), utilizzato in varie reazioni enzimatiche. Questo percorso è molto dinamico e in grado di adattare i suoi prodotti a seconda delle esigenze momentanee delle cellule.

L'ATP (adenosina trifosfato) è considerato la "moneta energetica" della cellula, perché la sua idrolisi può essere accoppiata a un'ampia gamma di reazioni biochimiche.

Allo stesso modo, NADPH è una seconda valuta energetica essenziale per la sintesi riduttiva di acidi grassi, sintesi di colesterolo, sintesi di neurotrasmettitori, fotosintesi e reazioni di disintossicazione, tra gli altri.

Sebbene NADPH e NADH siano simili nella struttura, non possono essere utilizzati in modo intercambiabile nelle reazioni biochimiche. NADPH partecipa all'utilizzo dell'energia libera nell'ossidazione di alcuni metaboliti per la biosintesi riduttiva.

Al contrario, NADH è coinvolto nell'utilizzo dell'energia libera dall'ossidazione dei metaboliti per sintetizzare l'ATP.

Storia e posizione

Le indicazioni dell'esistenza di questo percorso iniziarono nel 1930 grazie al ricercatore Otto Warburg, a cui è attribuita la scoperta del NADP ⁺ .

Alcune osservazioni hanno permesso la scoperta della via, in particolare la continuazione della respirazione in presenza di inibitori della glicolisi, come lo ione fluoruro.

Quindi, nel 1950, gli scienziati Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann ed Efraim Racker descrissero la via del pentoso fosfato.

I tessuti coinvolti nella sintesi del colesterolo e degli acidi grassi, come le ghiandole mammarie, il tessuto adiposo e i reni, hanno alte concentrazioni di enzimi pentoso fosfato.

Anche il fegato è un tessuto importante per questa via: circa il 30% dell'ossidazione del glucosio in questo tessuto avviene grazie agli enzimi della via del pentoso fosfato.

Caratteristiche

La via del pentoso fosfato è responsabile del mantenimento dell'omeostasi del carbonio nella cellula. Allo stesso modo, il percorso sintetizza i precursori dei nucleotidi e delle molecole coinvolti nella sintesi degli amminoacidi (i mattoni di peptidi e proteine).

È la principale fonte di potere riducente per le reazioni enzimatiche. Inoltre fornisce le molecole necessarie per le reazioni anaboliche e per i processi di difesa contro lo stress ossidativo. L'ultima fase del percorso è fondamentale nei processi redox in situazioni di stress.

fasi

La via del pentoso fosfato consiste di due fasi nel citosol cellulare: una ossidativa, che genera NADPH con l'ossidazione del glucosio-6-fosfato a ribosio-5-fosfato; e uno non ossidativo, che implica l'interconversione di tre, quattro, cinque, sei e sette zuccheri di carbonio.

Questo percorso presenta reazioni condivise con il ciclo di Calvin e con il percorso Entner - Doudoroff, che è un'alternativa alla glicolisi.

Fase ossidativa

La fase ossidativa inizia con la deidrogenazione della molecola di glucosio-6-fosfato al carbonio 1. Questa reazione è catalizzata dall'enzima glucosio-6-fosfato deidrogenasi, che ha un'elevata specificità per NADP ⁺ .

Il prodotto di questa reazione è il 6-fosfonoglucon-δ-lattone. Questo prodotto viene quindi idrolizzato dall'enzima lattonasi per dare 6-fosfogluconato. Quest'ultimo composto viene assorbito dall'enzima 6-fosfogluconato deidrogenasi e diventa ribulosio 5-fosfato.

L'enzima fosfopentosio isomerasi catalizza lo stadio finale della fase ossidativa, che prevede la sintesi del ribosio 5-fosfato mediante l'isomerizzazione del ribulosio 5-fosfato.

Questa serie di reazioni produce due molecole di NADPH e una molecola di ribosio 5-fosfato per ogni molecola di glucosio 6-fosfato che entra in questa via enzimatica.

In alcune cellule, i requisiti per NADPH sono maggiori di quelli per ribosio 5-fosfato. Pertanto, gli enzimi transketolasi e transaldolasi prendono il ribosio 5-fosfato e lo convertono in gliceraldeide 3-fosfato e fruttosio 6-fosfato, dando il via alla fase non ossidativa. Questi ultimi due composti possono entrare nella via glicolitica.

Fase non ossidativa

La fase inizia con una reazione di epimerizzazione catalizzata dall'enzima pentoso-5-fosfato epimerasi. Il ribulosio-5-fosfato viene assorbito da questo enzima e convertito in xilulosio-5-fosfato.

Il prodotto è assorbito dall'enzima transketolasi che agisce insieme al coenzima tiamina pirofosfato (TTP), che catalizza il passaggio di xilulosio-5-fosfato a ribosio-5-fosfato. Con il trasferimento del chetosio in aldosio si producono gliceraldeide-3-fosfato e sedoeptulosio-7-fosfato.

L'enzima transaldolasi trasferisce quindi il C3 dalla molecola di sedoeptulosio-7-fosfato a gliceraldeide-3-fosfato, producendo uno zucchero a quattro atomi di carbonio (eritrosio-4-fosfato) e uno zucchero a sei atomi di carbonio (fruttosio-6 -fosfato). Questi prodotti sono in grado di alimentare la via glicolitica.

L'enzima transketosale agisce di nuovo per trasferire un C2 da xilulosio-5-fosfato a eritrosio-4-fosfato, risultando in fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. Come nel passaggio precedente, questi prodotti possono entrare nella glicolisi.

Questa seconda fase collega i percorsi che generano NADPH con quelli responsabili della sintesi di ATP e NADH. Inoltre, i prodotti fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato possono entrare nella gluconeogenesi.

Malattie correlate

Diverse patologie sono legate alla via del pentoso fosfato, tra queste malattie neuromuscolari e diversi tipi di cancro.

La maggior parte degli studi clinici si concentra sulla quantificazione dell'attività della glucosio-6-fosfato deidrogenasi, perché è il principale enzima responsabile della regolazione del percorso.

Nelle cellule del sangue appartenenti a soggetti suscettibili all'anemia, presentano una bassa attività enzimatica della glucosio-6-fosfato deidrogenasi. Al contrario, le linee cellulari correlate ai carcinomi della laringe mostrano un'elevata attività enzimatica.

NADPH è coinvolto nella produzione di glutatione, una molecola peptidica chiave nella protezione contro le specie reattive dell'ossigeno, coinvolte nello stress ossidativo.

Diversi tipi di cancro portano all'attivazione della via del pentoso ed è associata a processi di metastasi, angiogenesi e risposte a trattamenti chemioterapici e radioterapici.

D'altra parte, la malattia granulomatosa cronica si sviluppa quando c'è una carenza nella produzione di NADPH.

Riferimenti

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