مسیر پنتوز فسفات

مسیر پنتوز فسفات شاخه‌ای از متابولیسم گلوکز است که موازی با گلیکولیز عمل می‌کند و بیشتر به جای تولید ATP، به بیوسنتز کمک می‌کند. فاز اکسیداتیو آن گلوکز-۶-فسفات را به NADPH تبدیل می‌کند که نیروی کاهنده مورد نیاز برای بیوسنتز و دفاع آنتی‌اکسیدانی است، در حالی که فاز غیر اکسیداتیو آن ریبوز-۵-فسفات را برای نوکلئوتیدها تولید می‌کند و قندهایی با طول زنجیره متفاوت را به یکدیگر تبدیل می‌کند. فعالیت این مسیر با توجه به اینکه سلول بیشتر به نیروی کاهنده، ریبوز یا انرژی نیاز دارد، تنظیم می‌شود.

Definition

مسیر پنتوز فسفات مسیری است که از طریق آن گلوکز-۶-فسفات متابولیزه می‌شود تا NADPH و ریبوز-۵-فسفات تولید کند، شامل یک فاز اکسیداتیو برگشت‌ناپذیر که NADPH تولید می‌کند و یک فاز غیر اکسیداتیو برگشت‌پذیر که فسفات‌های قندی را به یکدیگر تبدیل می‌کند.

Scope

این موضوع دو فاز مسیر، محصولات آن NADPH و ریبوز-۵-فسفات، جریان انعطاف‌پذیر آن در پاسخ به نیاز سلولی، و ارتباط آن با دفاع آنتی‌اکسیدانی و تکثیر را پوشش می‌دهد. این مبحث به بیوشیمی مسیر می‌پردازد تا مدیریت بالینی کمبودهای آنزیمی مرتبط.

Core questions

• فاز اکسیداتیو چه چیزی تولید می‌کند و چرا NADPH مهم است؟
• فاز غیر اکسیداتیو چگونه فسفات‌های قندی را تأمین و به یکدیگر تبدیل می‌کند؟
• این مسیر چگونه جریان خود را با نیاز سلولی تنظیم می‌کند؟
• چگونه از دفاع آنتی‌اکسیدانی و تکثیر حمایت می‌کند؟

Key concepts

• فاز اکسیداتیو (تولید NADPH)
• فاز غیر اکسیداتیو (تبدیل قندها به یکدیگر)
• گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز
• NADPH برای بیوسنتز و دفاع آنتی‌اکسیدانی
• ریبوز-۵-فسفات برای نوکلئوتیدها
• جریان انعطاف‌پذیر نسبت به گلیکولیز
• ترانس‌کتولاز و ترانس‌آلدولاز

Mechanisms

در فاز اکسیداتیو، گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز گلوکز-۶-فسفات را وارد مسیر می‌کند و با مرحله اکسیداتیو بعدی، دو مولکول NADPH تولید می‌کند در حالی که ریبولوز-۵-فسفات نیز تولید می‌شود. این NADPH بیوسنتز کاهنده را تأمین می‌کند و سیستم‌های آنتی‌اکسیدانی را که از سلول‌ها در برابر آسیب اکسیداتیو محافظت می‌کنند، حفظ می‌کند. فاز غیر اکسیداتیو، که توسط ترانس‌کتولاز و ترانس‌آلدولاز کاتالیز می‌شود، فسفات‌های قندی پنج، چهار، شش و هفت کربنه را به طور برگشت‌پذیر به یکدیگر تبدیل می‌کند و به سلول اجازه می‌دهد تا ریبوز-۵-فسفات را برای سنتز نوکلئوتیدها بسازد یا کربن را به گلیکولیز بازگرداند. از آنجا که واکنش‌های غیر اکسیداتیو برگشت‌پذیر هستند، مسیر می‌تواند بر اساس نیاز، به سمت NADPH، به سمت ریبوز یا به سمت متابولیسم انرژی متعادل شود، با گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز که به وضعیت NADPH سلول پاسخ می‌دهد.

Clinical relevance

کمبود گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز، شایع‌ترین آنزیموپاتی انسانی، اهمیت این مسیر را برای محافظت از گلبول‌های قرمز در برابر استرس اکسیداتیو نشان می‌دهد، و نقش این مسیر در تأمین NADPH و ریبوز برای سلول‌های در حال تکثیر مرتبط است. درک این مسیر این ارتباطات را روشن می‌کند. این مدخل آموزشی است و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.

Epidemiology

کمبود گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز شایع‌ترین کمبود آنزیمی در سراسر جهان است، ارتباطی که در بررسی‌های فیزیولوژی این مسیر ذکر شده و بر نقش این مسیر در دفاع آنتی‌اکسیدانی سلولی تأکید می‌کند.

History

مسیر پنتوز فسفات در اواسط قرن بیستم، با کشف گلوکز-۶-فسفات دهیدروژناز و NADP توسط واربورگ، و سپس روشن شدن واکنش‌های غیر اکسیداتیو توسط هورکر، راکر و دیگران، کشف شد. این مسیر که مدت‌ها عمدتاً به عنوان منبع ریبوز و NADPH در نظر گرفته می‌شد، به دلیل نقش‌هایش در تعادل ردوکس و در متابولیسم سلول‌های در حال تکثیر، دوباره مورد توجه قرار گرفته است.

Key figures

• Otto Warburg
• Frank Dickens
• Bernard Horecker
• Efraim Racker

Seminal works

• stincone-2014
• patra-2014

Frequently asked questions

چرا مسیر پنتوز فسفات مهم است اگر ATP کمی تولید می‌کند؟

ارزش آن در محصولاتش است تا انرژی: NADPH برای بیوسنتز و دفاع آنتی‌اکسیدانی، و ریبوز-۵-فسفات برای ساخت نوکلئوتیدها و اسیدهای نوکلئیک.

این مسیر چگونه تصمیم می‌گیرد که NADPH تولید کند یا ریبوز؟

فاز غیر اکسیداتیو آن برگشت‌پذیر است، بنابراین بسته به اینکه سلول به NADPH بیشتر، ریبوز بیشتر یا انرژی بیشتر نیاز دارد، کربن می‌تواند از طریق مراحل اکسیداتیو هدایت شود یا به یکدیگر تبدیل شده و به گلیکولیز بازگردانده شود.