Пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь является ответвлением метаболизма глюкозы, которое протекает параллельно гликолизу и служит для биосинтеза, а не для производства АТФ. Его окислительная фаза превращает глюкозо-6-фосфат в НАДФН, восстановительную силу, необходимую для биосинтеза и антиоксидантной защиты, в то время как его неокислительная фаза производит рибозо-5-фосфат для нуклеотидов и взаимопревращает сахара различной длины цепи. Активность пути регулируется в зависимости от того, что клетке наиболее необходимо: восстановительная сила, рибоза или энергия.

Definition

Пентозофосфатный путь — это путь, по которому глюкозо-6-фосфат метаболизируется для генерации НАДФН и рибозо-5-фосфата, включающий необратимую окислительную фазу, которая производит НАДФН, и обратимую неокислительную фазу, которая взаимопревращает сахарные фосфаты.

Scope

Эта тема охватывает две фазы пути, его продукты НАДФН и рибозо-5-фосфат, его гибкий поток в ответ на клеточные потребности, а также его связи с антиоксидантной защитой и пролиферацией. Она рассматривает биохимию пути, а не клиническое ведение связанных с ним ферментных дефицитов.

Core questions

• Что производит окислительная фаза и почему НАДФН важен?
• Как неокислительная фаза обеспечивает и взаимопревращает сахарные фосфаты?
• Как путь регулирует свой поток в соответствии с клеточным спросом?
• Как он поддерживает антиоксидантную защиту и пролиферацию?

Key concepts

• Окислительная фаза (генерация НАДФН)
• Неокислительная фаза (взаимопревращение сахаров)
• Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
• НАДФН для биосинтеза и антиоксидантной защиты
• Рибозо-5-фосфат для нуклеотидов
• Гибкий поток относительно гликолиза
• Транскетолаза и трансальдолаза

Mechanisms

В окислительной фазе глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа направляет глюкозо-6-фосфат в путь и, вместе с последующим окислительным этапом, генерирует две молекулы НАДФН, производя при этом рибулозо-5-фосфат. Этот НАДФН обеспечивает восстановительный биосинтез и поддерживает антиоксидантные системы, которые защищают клетки от окислительного повреждения. Неокислительная фаза, катализируемая транскетолазой и трансальдолазой, обратимо взаимопревращает пяти-, четырех-, шести- и семиуглеродные сахарные фосфаты, позволяя клетке производить рибозо-5-фосфат для синтеза нуклеотидов или возвращать углерод в гликолиз. Поскольку неокислительные реакции обратимы, путь может быть сбалансирован в сторону НАДФН, в сторону рибозы или в сторону энергетического метаболизма в соответствии с потребностью, при этом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа реагирует на статус НАДФН в клетке.

Clinical relevance

Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, наиболее распространенная энзимопатия человека, иллюстрирует важность пути для защиты эритроцитов от окислительного стресса, а роль пути в обеспечении НАДФН и рибозы актуальна для пролиферирующих клеток. Понимание пути проясняет эти связи. Эта запись носит образовательный характер и не является основанием для диагностики или лечения.

Epidemiology

Дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы является наиболее распространенным дефицитом ферментов в мире, что отмечается в обзорах физиологии пути, подчеркивая роль пути в клеточной антиоксидантной защите.

History

Пентозофосфатный путь был разработан в середине двадцатого века, с открытием Варбургом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и НАДФ, а также последующим выяснением неокислительных реакций Хорекером, Раккером и другими. Долгое время рассматриваемый в основном как источник рибозы и НАДФН, путь вновь привлек внимание своей ролью в окислительно-восстановительном балансе и в метаболизме пролиферирующих клеток.

Key figures

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

Seminal works

• stincone-2014
• patra-2014

Frequently asked questions

Почему пентозофосфатный путь важен, если он производит мало АТФ?

Его ценность заключается в его продуктах, а не в энергии: НАДФН для биосинтеза и антиоксидантной защиты, а также рибозо-5-фосфат для создания нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Как путь решает, производить ли НАДФН или рибозу?

Его неокислительная фаза обратима, поэтому в зависимости от того, нужна ли клетке больше НАДФН, больше рибозы или больше энергии, углерод может быть направлен через окислительные этапы или взаимопревращен и возвращен в гликолиз.