و البنتوز الفوسفات الطريق ، والمعروف أيضا باسم الأدينوزين تحويل هيكسوز، هو المسار الأيضي الأساسي الذي هو المنتج النهائي riboses، ضروري لالنوكليوتيدات والنووية مسارات التوليف الحمضية، مثل DNA، RNA، ATP، NADH، FAD والإنزيم المساعد أ.
كما أنه ينتج NADPH (فوسفات النيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد) ، المستخدم في التفاعلات الأنزيمية المختلفة. هذا المسار ديناميكي للغاية وقادر على تكييف منتجاته وفقًا للاحتياجات اللحظية للخلايا.
يعتبر ATP (أدينوزين ثلاثي الفوسفات) "عملة الطاقة" للخلية ، لأن تحللها المائي يمكن أن يقترن بمجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية الحيوية.
بالطريقة نفسها ، NADPH هي عملة طاقة أساسية ثانية للتخليق الاختزالي للأحماض الدهنية ، وتخليق الكوليسترول ، وتخليق الناقلات العصبية ، والتفاعلات الضوئية وإزالة السموم ، من بين أمور أخرى.
على الرغم من أن NADPH و NADH متشابهان في الهيكل ، إلا أنه لا يمكن استخدامهما بالتبادل في التفاعلات الكيميائية الحيوية. يشارك NADPH في استخدام الطاقة المجانية في أكسدة نواتج أيض معينة من أجل التخليق الحيوي الاختزالي.
في المقابل ، يشارك NADH في استخدام الطاقة المجانية من أكسدة المستقلبات لتخليق ATP.
التاريخ والمكان
بدأت الدلائل على وجود هذا المسار في عام 1930 بفضل الباحث أوتو واربورغ ، الذي يُنسب إليه اكتشاف NADP +.
سمحت بعض الملاحظات باكتشاف المسار ، وخاصة استمرار التنفس في وجود مثبطات تحلل السكر ، مثل أيون الفلوريد.
ثم في عام 1950 ، وصف العلماء فرانك ديكنز ، برنارد هوريكير ، فريتز ليبمان وإفرايم راكر مسار فوسفات البنتوز.
تحتوي الأنسجة المشاركة في تصنيع الكوليسترول والأحماض الدهنية ، مثل الغدد الثديية والأنسجة الدهنية والكلى ، على تركيزات عالية من إنزيمات فوسفات البنتوز.
يعتبر الكبد أيضًا نسيجًا مهمًا لهذا المسار: يحدث ما يقرب من 30 ٪ من أكسدة الجلوكوز في هذا النسيج بفضل إنزيمات مسار فوسفات البنتوز.
المميزات
مسار فوسفات البنتوز مسؤول عن الحفاظ على التوازن الكربوني في الخلية. وبالمثل ، فإن المسار يصنع سلائف النيوكليوتيدات والجزيئات المشاركة في تخليق الأحماض الأمينية (اللبنات الأساسية للببتيدات والبروتينات).
إنه المصدر الرئيسي لتقليل الطاقة للتفاعلات الأنزيمية. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يوفر الجزيئات اللازمة للتفاعلات الابتنائية وعمليات الدفاع ضد الإجهاد التأكسدي. المرحلة الأخيرة من المسار أمر بالغ الأهمية في عمليات الأكسدة والاختزال تحت حالات الإجهاد.
المراحل
يتكون مسار فوسفات البنتوز من مرحلتين في العصارة الخلوية: مرحلة مؤكسدة تولد NADPH مع أكسدة الجلوكوز 6 فوسفات إلى ريبوز 5 فوسفات ؛ وواحد غير مؤكسد ، والذي يتضمن التحويل البيني لثلاثة وأربعة وخمسة وستة وسبعة سكريات كربون.
يقدم هذا المسار ردود فعل مشتركة مع دورة كالفين ومع مسار إنتنر - دودوروف ، وهو بديل لتحلل السكر.
مرحلة التأكسد
تبدأ المرحلة المؤكسدة بنزع هيدروجين جزيء الجلوكوز 6 فوسفات عند الكربون 1. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم نازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات ، والذي يتميز بخصوصية عالية لـ NADP +.
ناتج هذا التفاعل هو 6-فوسفونوجلوكون-بيتا-لاكتون. يتم بعد ذلك تحلل هذا المنتج بواسطة إنزيم اللاكتوناز لإعطاء 6 فوسفوجلوكونات. يتم تناول المركب الأخير بواسطة إنزيم نازعة الهيدروجين 6-فوسفوجلوكونات ويصبح ريبولوز 5 فوسفات.
يحفز إنزيم فوسفوبنتوز إيزوميراز الخطوة الأخيرة من المرحلة المؤكسدة ، والتي تتضمن تخليق ريبوز 5 فوسفات عن طريق أزمرة ريبولوز 5 فوسفات.
تنتج هذه السلسلة من التفاعلات جزيئين من NADPH وجزيء واحد من ريبوز 5-فوسفات لكل جزيء من الجلوكوز 6-فوسفات يدخل هذا المسار الأنزيمي.
في بعض الخلايا ، تكون متطلبات NADPH أكبر من متطلبات ريبوز 5 فوسفات. لذلك ، فإن الإنزيمات transketolase و transaldolase تأخذ ريبوز 5-فوسفات وتحوله إلى glyceraldehyde 3-phosphate و fructose 6-phosphate ، مما يفسح المجال لمرحلة غير مؤكسدة. يمكن أن يدخل هذان المركبان الأخيران إلى مسار التحلل.
المرحلة غير المؤكسدة
تبدأ المرحلة بتفاعل الإبيمير المحفز بواسطة إنزيم البنتوز-5-فوسفات إبيميريز. يأخذ هذا الإنزيم Ribulose-5-phosphate وتحويله إلى xylulose-5-phosphate.
يتم تناول المنتج عن طريق إنزيم ترانسكيتولاز الذي يعمل مع أنزيم ثيامين بيروفوسفات (TTP) ، والذي يحفز مرور الزيلولوز-5-فوسفات إلى ريبوز-5-فوسفات. مع نقل الكيتوز إلى الألدوز ، يتم إنتاج جليسيرالديهيد-3-فوسفات و سيدوهبتولوز-7-فوسفات.
يقوم الإنزيم transaldolase بعد ذلك بنقل C3 من جزيء sedoheptulose-7-phosphate إلى glyceraldehyde-3-phosphate ، مما ينتج عنه سكر رباعي الكربون (إريثروز-4-فوسفات) وسكر مكون من ستة كربون (فركتوز -6) -فوسفات). هذه المنتجات قادرة على تغذية مسار حال السكر.
يعمل إنزيم transketosal مرة أخرى على نقل C2 من xylulose-5-phosphate إلى erythrose-4-phosphate ، مما ينتج عنه الفركتوز 6 فوسفات و glyceraldehyde-3-phosphate. كما في الخطوة السابقة ، يمكن لهذه المنتجات أن تدخل في تحلل السكر.
تربط هذه المرحلة الثانية المسارات التي تولد NADPH مع أولئك المسؤولين عن تصنيع ATP و NADH. علاوة على ذلك ، يمكن أن تدخل منتجات الفركتوز-6-الفوسفات والجليسرالديهيد -3 الفوسفات في عملية تكوين السكر.
الأمراض ذات الصلة
ترتبط أمراض مختلفة بمسار فوسفات البنتوز ، بين هذه الأمراض العصبية والعضلية وأنواع مختلفة من السرطان.
تركز معظم الدراسات السريرية على قياس نشاط نازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات ، لأنه الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تنظيم المسار.
في خلايا الدم التي تنتمي إلى الأفراد المعرضين لفقر الدم ، فإنهم يقدمون نشاطًا إنزيميًا منخفضًا من نازعة هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات. في المقابل ، تظهر خطوط الخلايا المرتبطة بالسرطان في الحنجرة نشاط إنزيم عالي.
يشارك NADPH في إنتاج الجلوتاثيون ، وهو جزيء ببتيد رئيسي في الحماية ضد أنواع الأكسجين التفاعلية ، التي تشارك في الإجهاد التأكسدي.
تؤدي الأنواع المختلفة من السرطان إلى تنشيط مسار البنتوز وهو مرتبط بعمليات ورم خبيث وتكوين الأوعية الدموية والاستجابات للعلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي.
من ناحية أخرى ، يتطور مرض الورم الحبيبي المزمن عندما يكون هناك نقص في إنتاج NADPH.
المراجع
- بيرج ، جي إم ، تيموكزكو ، جي إل ، سترير ، إل (2002). الكيمياء الحيوية. WH فريمان
- Konagaya ، M. ، Konagaya ، Y. ، Horikawa ، H. ، & Iida ، M. (1990). مسار فوسفات البنتوز في الأمراض العصبية والعضلية - تقييم الجلوكوز العضلي 6 - نشاط نازعة هيدروجين الفوسفات ومحتوى الحمض النووي الريبي. رينشو شينكيجاك. علم الأعصاب السريري، 30 (10) ، 1078-1083.
- كواليك ، ماساتشوستس ، كولومبانو ، إيه ، وبيرا ، إيه (2017) الدور الناشئ لمسار فوسفات البنتوز في سرطان الخلايا الكبدية. الحدود في علم الأورام ، 7 ، 87.
- باترا ، كيه سي ، وهاي ، إن. (2014). مسار فوسفات البنتوز والسرطان. الاتجاهات في العلوم البيوكيميائية ، 39 (8) ، 347-354.
- Stincone، A.، Prigione، A.، Cramer، T.، Wamelink، M.، Campbell، K.، Cheung، E.،… & Keller، MA (2015). عودة التمثيل الغذائي: الكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء لمسار فوسفات البنتوز. المراجعات البيولوجية ، 90 (3) ، 927-963.
- Voet ، D. ، & Voet ، JG (2013). الكيمياء الحيوية. محرر Artmed.