En aquest article considerarem una de les variants de l'oxidació de la glucosa: la via de la pentosa fosfat. S'analitzaran i descriuran variants del curs d'aquest fenomen, els mètodes per a la seva implementació, la necessitat d'enzims, la importància biològica i la història del descobriment.
Presentació del fenomen
La via de la pentosa fosfat és una de les maneres en què s'oxida C6H12O6 (glucosa). Consisteix en una fase oxidant i no oxidant.
Equació general del procés:
3glucosa-6-fosfat+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2fructosa-6-fosfat+gliceraldehid-3-fosfat.
Després de passar per la via oxidativa de la pentosa fosfat, la molècula d'hiceraldehid-3-fosfat es converteix en piruvat i forma 2 molècules d'àcid trifosfòric d'adenosina.
Els animals i les plantes entre les seves subunitats tenen una àmplia distribució d'aquest fenomen, però els microorganismes l'utilitzen només com a procés auxiliar. Tots els enzims de la via es troben al citoplasma cel·lular en organismes animals i vegetals. A més, els mamífers contenen aquestes substànciestambé en EPS, i plantes en plastids, concretament en cloroplasts.
La via de l'oxidació de la glucosa de la pentosa fosfat és similar al procés de la glucòlisi i té un camí evolutiu extremadament llarg. Probablement, en el medi aquàtic de l'Arqueu, abans de l'aparició de la vida en el seu sentit modern, es van produir reaccions que eren precisament de naturalesa pentosa fosfat, però el catalitzador d'aquest cicle no va ser un enzim, sinó ions metàl·lics..
Tipus de reaccions existents
Com s'ha assenyalat anteriorment, la via de la pentosa fosfat distingeix dues etapes o cicles: oxidatiu i no oxidatiu. Com a resultat, a la part oxidativa de la via, el C6H12O6 s'oxida de glucosa-6-fosfat a ribulosa-5-fosfat, i finalment es redueix el NADPH. L'essència de l'etapa no oxidativa és ajudar a la síntesi de pentosa i incloure't en la reacció de transferència reversible de 2-3 "peces" de carboni. A més, es pot tornar a produir la transferència de pentoses a l'estat d'hexoses, causada per un excés de pentosa. Els catalitzadors implicats en aquesta via es divideixen en 3 sistemes enzimàtics:
- sistema de deshidrodescarboxilació;
- sistema de tipus isomeritzant;
- un sistema dissenyat per reconfigurar els sucres.
Reaccions amb i sense oxidació
La part oxidativa del camí es representa amb l'equació següent:
Glucosa6fosfat+2NADP++H2Oàribulosa5fosfat+2 (NADPH+H+)+CO2.
BEn l'etapa no oxidativa, hi ha dos catalitzadors en forma de transaldolasa i transcetolasa. Acceleren la ruptura de l'enllaç C-C i la transferència de fragments de carboni de la cadena que es formen com a conseqüència d'aquesta ruptura. La transcetolasa explota el coenzim tiamina pirofosfat (TPP), que és un èster vitamínic (B1) del tipus difòsfor.
Forma general de l'equació de l'etapa en la versió no oxidativa:
3 ribulosa5fosfat–1 ribosa5fosfat+2 xilulosa5fosfat–2 fructosa6fosfat+gliceraldehid3fosfat.
La variació oxidativa de la via es pot observar quan la cèl·lula utilitza NADPH, o en altres paraules, quan va a la posició estàndard en la seva forma no reduïda.
L'ús de la reacció de glicòlisi o la via descrita depèn de la quantitat de concentració de NADP+ en el gruix del citosol.
Cicle de ruta
Resumint els resultats obtinguts de l'anàlisi de l'equació general de la via de la variant no oxidativa, veiem que les pentoses poden tornar de les hexoses als monosacàrids de glucosa mitjançant la via de les pentoses fosfats. La conversió posterior de pentosa a hexosa és el procés cíclic de pentosa fosfat. El camí considerat i tots els seus processos es concentren, per regla general, al teixit adipós i al fetge. L'equació total es pot descriure com:
6 glucosa-6-fosfat+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 glucosa-6-fosfat+6 CO2.
Tipus no oxidatiu de la via de la pentosa fosfat
El pas no oxidatiu de la via de la pentosa fosfat pot reorganitzar la glucosa senseeliminació de CO2, que és possible gràcies al sistema enzimàtic (reordena els sucres i els enzims glicolítics que converteixen la glucosa-6-fosfat en gliceraldehid-3-fosfat).
En estudiar el metabolisme dels llevats formadors de lípids (que no tenen fosfofructocinasa, que els impedeix oxidar els monosacàrids C6H12O6 mitjançant la glucòlisi), va resultar que la glucosa en una quantitat del 20% s'oxida mitjançant la via de la pentosa fosfat, el 80% restant es reconfigura en l'etapa no oxidativa del camí. Actualment, la resposta a la pregunta de com es forma exactament un compost de 3 carbonis, que només es pot crear durant la glucòlisi, segueix sent desconeguda.
Funció per als organismes vius
El valor de la via de la pentosa fosfat en animals i plantes, així com en microorganismes és gairebé el mateix. Totes les cèl·lules realitzen aquest procés per formar una versió reduïda de NADPH, que s'utilitzarà com a donant d'hidrogen en un reacció de tipus reducció i hidroxilació. Una altra funció és proporcionar a les cèl·lules ribosa-5-fosfat. Malgrat que el NADPH es pot formar com a resultat de l'oxidació del malat amb la creació de piruvat i CO2, i en el cas de la deshidrogenació d'isocitrat, la producció d'equivalents reductors es produeix a causa del procés de la pentosa fosfat. Un altre intermediari d'aquesta via és l'eritrosa-4-fosfat, que, sotmès a condensació amb fosfoenolpiruvats, inicia la formació de triptòfans, fenilalanines i tirosines.
OperacióLa via de la pentosa fosfat s'observa en animals als òrgans del fetge, glàndules mamàries durant la lactància, testicles, còrtex suprarenal, així com en eritròcits i teixits adiposos. Això es deu a la presència de reaccions d'hidroxilació i regeneració actives, per exemple, durant la síntesi d'àcids grassos, també s'observa durant la destrucció de xenobiòtics en els teixits hepàtics i la forma d'oxigen actiu en cèl·lules eritròcits i altres teixits. Processos com aquests generen una gran demanda d'una varietat d'equivalents, inclòs NADPH.
Considerem l'exemple dels eritròcits. En aquestes molècules, el glutatió (tripèptid) és responsable de la neutralització de la forma activa d'oxigen. Aquest compost, en procés d'oxidació, converteix el peròxid d'hidrogen en H2O, però la transició inversa del glutatió a la variació reduïda és possible en presència de NADPH+H+. Si la cèl·lula té un defecte en la glucosa-6-fosfat deshidrogenasa, es pot observar l'agregació de promotors de l'hemoglobina, com a resultat de la qual cosa l'eritròcit perd la seva plasticitat. El seu funcionament normal només és possible amb el funcionament complet de la via de la pentosa fosfat.
La via invertida del fosfat de pentosa de la planta proporciona la base per a la fase fosca de la fotosíntesi. A més, alguns grups de plantes depenen en gran mesura d'aquest fenomen, que pot provocar, per exemple, la ràpida interconversió de sucres, etc.
El paper de la via de la pentosa fosfat per als bacteris rau en les reaccions del metabolisme del gluconat. Els cianobacteris utilitzen aquest procés en virtut demanca d'un cicle de Krebs complet. Altres bacteris utilitzen aquest fenomen per exposar diversos sucres a l'oxidació.
Processos de regulació
La regulació de la via de la pentosa fosfat depèn de la presència de demanda de glucosa-6-fosfat per part de la cèl·lula i del nivell de concentració de NADP+ al líquid del citosol. Són aquests dos factors els que determinaran si la molècula esmentada entrarà en reaccions de glucòlisi o en la via de tipus pentosa fosfat. L'absència d'acceptors d'electrons no permetrà continuar els primers passos del camí. Amb la transferència ràpida de NADPH a NADPH+, el nivell de concentració d'aquest últim augmenta. La glucosa 6 fosfat deshidrogenasa s'estimula al·lostèricament i, en conseqüència, augmenta la quantitat de flux de glucosa 6 fosfat a través de la via de tipus pentosa fosfat. L'alentiment del consum de NADPH comporta una disminució del nivell de NADP+ i la glucosa-6-fosfat s'elimina.
Dades històriques
La via de la pentosa fosfat va començar el seu camí d'investigació pel fet que es va prestar atenció a la manca de canvis en el consum de glucosa per part dels inhibidors generals de la glucòlisi. Gairebé simultàniament a aquest esdeveniment, O. Warburg va fer el descobriment del NADPH i va començar a descriure l'oxidació de la glucosa-6-fosfats a àcids 6-fosfoglucònics. A més, es va demostrar que C6H12O6, marcat amb isòtops 14C (marcat segons C-1), es va convertir en 14CO2 relativament més ràpid que aquesta és la mateixa molècula, però marcada amb C-6. Això és el que va mostrar la importància del procés d'utilització de la glucosa durantassistència de rutes alternatives. Aquestes dades van ser publicades per I. K. Gansalus el 1995.
Conclusió
I així, veiem que la via en consideració és utilitzada per les cèl·lules com a forma alternativa d'oxidar la glucosa i es divideix en dues opcions en què es pot procedir. Aquest fenomen s'observa en totes les formes d'organismes pluricel·lulars i fins i tot en molts microorganismes. L'elecció dels mètodes d'oxidació depèn de diversos factors, la presència de determinades substàncies a la cèl·lula en el moment de la reacció.
