วิถีเพนโทสฟอสเฟต

วิถีเพนโทสฟอสเฟตเป็นแขนงหนึ่งของการเผาผลาญกลูโคสที่ดำเนินไปพร้อมกับไกลโคไลซิส และทำหน้าที่ในการสังเคราะห์ทางชีวภาพมากกว่าการผลิต ATP ระยะออกซิเดทีฟของวิถีนี้จะเปลี่ยนกลูโคส-6-ฟอสเฟตให้เป็น NADPH ซึ่งเป็นพลังงานรีดิวซ์ที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพและการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระ ในขณะที่ระยะนอนออกซิเดทีฟจะผลิตไรโบส-5-ฟอสเฟตสำหรับนิวคลีโอไทด์และเปลี่ยนน้ำตาลที่มีความยาวสายต่างกัน วิถีนี้จะปรับกิจกรรมตามความต้องการของเซลล์ว่าต้องการพลังงานรีดิวซ์ ไรโบส หรือพลังงานมากที่สุด

Definition

วิถีเพนโทสฟอสเฟตคือเส้นทางที่กลูโคส-6-ฟอสเฟตถูกเผาผลาญเพื่อสร้าง NADPH และไรโบส-5-ฟอสเฟต ซึ่งประกอบด้วยระยะออกซิเดทีฟที่ไม่ผันกลับที่ผลิต NADPH และระยะนอนออกซิเดทีฟที่ผันกลับได้ซึ่งเปลี่ยนน้ำตาลฟอสเฟตระหว่างกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมระยะทั้งสองของวิถี ผลิตภัณฑ์ NADPH และไรโบส-5-ฟอสเฟต การไหลเวียนที่ยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการของเซลล์ และความเชื่อมโยงกับการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระและการเพิ่มจำนวนเซลล์ โดยจะกล่าวถึงชีวเคมีของวิถีนี้มากกว่าการจัดการทางคลินิกของการขาดเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• ระยะออกซิเดทีฟผลิตอะไร และเหตุใด NADPH จึงมีความสำคัญ?
• ระยะนอนออกซิเดทีฟจัดหาและเปลี่ยนน้ำตาลฟอสเฟตระหว่างกันได้อย่างไร?
• วิถีนี้ปรับการไหลเวียนตามความต้องการของเซลล์ได้อย่างไร?
• วิถีนี้สนับสนุนการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระและการเพิ่มจำนวนเซลล์ได้อย่างไร?

Key concepts

• ระยะออกซิเดทีฟ (การสร้าง NADPH)
• ระยะนอนออกซิเดทีฟ (การเปลี่ยนน้ำตาลระหว่างกัน)
• กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส
• NADPH สำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพและการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระ
• ไรโบส-5-ฟอสเฟตสำหรับนิวคลีโอไทด์
• การไหลเวียนที่ยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับไกลโคไลซิส
• ทรานส์คีโตเลสและทรานส์อัลโดเลส

Mechanisms

ในระยะออกซิเดทีฟ เอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสจะนำกลูโคส-6-ฟอสเฟตเข้าสู่วิถี และด้วยขั้นตอนออกซิเดทีฟที่ตามมา จะสร้าง NADPH สองโมเลกุลพร้อมกับผลิตไรบูโลส-5-ฟอสเฟต NADPH นี้จะให้พลังงานสำหรับการสังเคราะห์แบบรีดักทีฟและรักษาระบบสารต้านอนุมูลอิสระที่ปกป้องเซลล์จากความเสียหายจากออกซิเดชัน ระยะนอนออกซิเดทีฟ ซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยทรานส์คีโตเลสและทรานส์อัลโดเลส จะเปลี่ยนน้ำตาลฟอสเฟตที่มีคาร์บอนห้า สี่ หก และเจ็ดอะตอมระหว่างกันแบบผันกลับได้ ทำให้เซลล์สามารถสร้างไรโบส-5-ฟอสเฟตสำหรับการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ หรือส่งคาร์บอนกลับไปยังไกลโคไลซิส เนื่องจากปฏิกิริยานอนออกซิเดทีฟสามารถผันกลับได้ วิถีนี้จึงสามารถปรับสมดุลไปทาง NADPH ไปทางไรโบส หรือไปทางเมแทบอลิซึมของพลังงานได้ตามความต้องการ โดยเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสจะตอบสนองต่อสถานะ NADPH ของเซลล์

Clinical relevance

การขาดเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส ซึ่งเป็นภาวะเอนไซม์บกพร่องที่พบบ่อยที่สุดในมนุษย์ แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของวิถีนี้ในการปกป้องเซลล์เม็ดเลือดแดงจากความเครียดจากออกซิเดชัน และบทบาทของวิถีนี้ในการจัดหา NADPH และไรโบสมีความเกี่ยวข้องกับเซลล์ที่กำลังเพิ่มจำนวน การทำความเข้าใจวิถีนี้จะช่วยให้เข้าใจความเชื่อมโยงเหล่านี้ได้ชัดเจนขึ้น ข้อมูลนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาเท่านั้น และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษา

Epidemiology

การขาดเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสเป็นการขาดเอนไซม์ที่พบบ่อยที่สุดทั่วโลก ซึ่งเป็นความเชื่อมโยงที่กล่าวถึงในการทบทวนสรีรวิทยาของวิถีนี้ ตอกย้ำบทบาทของวิถีนี้ในการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระของเซลล์

History

วิถีเพนโทสฟอสเฟตได้รับการศึกษาค้นคว้าในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โดยมีการค้นพบกลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนสและ NADP โดย Warburg และการอธิบายปฏิกิริยานอนออกซิเดทีฟในภายหลังโดย Horecker, Racker และคณะ วิถีนี้เคยถูกมองว่าเป็นแหล่งหลักของไรโบสและ NADPH แต่ได้รับความสนใจอีกครั้งสำหรับบทบาทในการรักษาสมดุลรีดอกซ์และการเผาผลาญของเซลล์ที่กำลังเพิ่มจำนวน

Key figures

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

Seminal works

• stincone-2014
• patra-2014

Frequently asked questions

เหตุใดวิถีเพนโทสฟอสเฟตจึงมีความสำคัญหากผลิต ATP ได้น้อย?

คุณค่าของมันอยู่ที่ผลิตภัณฑ์มากกว่าพลังงาน: NADPH สำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพและการป้องกันสารต้านอนุมูลอิสระ และไรโบส-5-ฟอสเฟตสำหรับการสร้างนิวคลีโอไทด์และกรดนิวคลีอิก

วิถีนี้ตัดสินใจว่าจะสร้าง NADPH หรือไรโบสได้อย่างไร?

ระยะนอนออกซิเดทีฟของวิถีนี้สามารถผันกลับได้ ดังนั้นขึ้นอยู่กับว่าเซลล์ต้องการ NADPH มากขึ้น ไรโบสมากขึ้น หรือพลังงานมากขึ้น คาร์บอนสามารถถูกส่งผ่านขั้นตอนออกซิเดทีฟ หรือถูกเปลี่ยนและส่งกลับไปยังไกลโคไลซิสได้