In questo articolo considereremo una delle varianti dell'ossidazione del glucosio: la via del pentoso fosfato. Saranno analizzate e descritte le varianti del corso di questo fenomeno, i metodi per la sua attuazione, la necessità di enzimi, il significato biologico e la storia della scoperta.
Introduzione al fenomeno
La via del pentoso fosfato è uno dei modi in cui il C6H12O6 (glucosio) viene ossidato. Consiste in uno stadio ossidante e non ossidante.
Equazione generale del processo:
3glucosio-6-fosfato+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2fruttosio-6-fosfato+gliceraldeide-3-fosfato.
Dopo aver attraversato la via ossidativa del pentoso fosfato, la molecola di hyceraldeide-3-fosfato viene convertita in piruvato e forma 2 molecole di acido adenosina trifosforico.
Animali e piante tra le loro subunità hanno un'ampia distribuzione di questo fenomeno, ma i microrganismi lo usano solo come processo ausiliario. Tutti gli enzimi del percorso si trovano nel citoplasma cellulare negli organismi animali e vegetali. Inoltre, i mammiferi contengono queste sostanzeanche in EPS, e piante in plastidi, in particolare nei cloroplasti.
La via dell'ossidazione del glucosio del pentoso fosfato è simile al processo della glicolisi e ha un percorso evolutivo estremamente lungo. Probabilmente, nell'ambiente acquatico dell'Archeano, prima della comparsa della vita in senso moderno, si verificavano reazioni che erano appunto di natura pentoso fosfato, ma il catalizzatore di tale ciclo non era un enzima, ma ioni metallici.
Tipi di reazioni esistenti
Come notato in precedenza, la via del pentoso fosfato distingue due stadi, o cicli: ossidativo e non ossidativo. Di conseguenza, sulla parte ossidativa del percorso, C6H12O6 viene ossidato da glucosio-6-fosfato a ribulosio-5-fosfato e infine il NADPH viene ridotto. L'essenza della fase non ossidativa è aiutare la sintesi del pentoso e includerti nella reazione di trasferimento reversibile di 2-3 "pezzi" di carbonio. Inoltre, può verificarsi nuovamente il trasferimento di pentosi allo stato di esosi, causato da un eccesso di pentosio stesso. I catalizzatori coinvolti in questo percorso sono divisi in 3 sistemi enzimatici:
- sistema di deidro-decarbossilazione;
- sistema di tipo isomerizzazione;
- un sistema progettato per riconfigurare gli zuccheri.
Reazioni con e senza ossidazione
La parte ossidativa del percorso è rappresentata dalla seguente equazione:
Glucosio6fosfato+2NADP++H2Oàribulsio5fosfato+2 (NADPH+H+)+CO2.
BNella fase non ossidativa, ci sono due catalizzatori sotto forma di transaldolasi e transketolasi. Accelerano la rottura del legame CC e il trasferimento dei frammenti di carbonio della catena che si formano a seguito di questa rottura. La transketolasi sfrutta il coenzima tiamina pirofosfato (TPP), che è un estere vitaminico (B1) del tipo difosforo.
Forma generale dell'equazione stadio nella versione non ossidativa:
3 ribulsio5fosfatoà1 ribosio5fosfato+2 xilulosio5fosfatoà2 fruttosio6fosfato+gliceraldeide3fosfato.
La variazione ossidativa del percorso può essere osservata quando il NADPH viene utilizzato dalla cellula, o in altre parole, quando si porta nella posizione standard nella sua forma non ridotta.
L'uso della reazione di glicolisi o del percorso descritto dipende dalla quantità di concentrazione di NADP+ nello spessore del citosol.
Ciclo del percorso
Riassumendo i risultati ottenuti dall'analisi dell'equazione generale della via variante non ossidativa, vediamo che i pentosi possono ritornare dagli esosi ai monosaccaridi del glucosio usando la via del pentoso fosfato. La successiva conversione del pentoso in esoso è il processo ciclico del pentoso fosfato. Il percorso in esame e tutti i suoi processi sono concentrati, di regola, nei tessuti adiposi e nel fegato. L'equazione totale può essere descritta come:
6 glucosio-6-fosfato+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 glucosio-6-fosfato+6 CO2.
Tipo non ossidativo della via del pentoso fosfato
La fase non ossidativa della via del pentoso fosfato può riorganizzare il glucosio senzarimozione della CO2, che è possibile grazie al sistema enzimatico (riorganizza gli zuccheri e gli enzimi glicolitici che convertono il glucosio-6-fosfato in gliceraldeide-3-fosfato).
Durante lo studio del metabolismo dei lieviti lipidici (privi di fosfofruttochinasi, che impedisce loro di ossidare i monosaccaridi C6H12O6 mediante la glicolisi), è emerso che il glucosio nella quantità del 20% subisce l'ossidazione utilizzando la via del pentoso fosfato e il restante 80% subisce una riconfigurazione nella fase non ossidativa del percorso. Al momento, la risposta alla domanda su come si forma esattamente un composto a 3 atomi di carbonio, che può essere creato solo durante la glicolisi, rimane sconosciuta.
Funzione per gli organismi viventi
Il valore della via del pentoso fosfato negli animali e nelle piante, così come nei microrganismi, è quasi lo stesso Tutte le cellule eseguono questo processo per formare una versione ridotta di NADPH, che sarà utilizzato come donatore di idrogeno in un reazione di tipo riduttivo e idrossilazione. Un' altra funzione è fornire alle cellule ribosio-5-fosfato. Nonostante il NADPH possa formarsi a seguito dell'ossidazione del malato con la creazione di piruvato e CO2, e nel caso della deidrogenazione dell'isocitrato, la produzione di equivalenti riduttivi avviene a causa del processo del pentoso fosfato. Un altro intermedio di questa via è l'eritrosio-4-fosfato, che, subendo la condensazione con i fosfoenolpiruvati, avvia la formazione di triptofani, fenilalanine e tirosine.
OperazioneLa via del pentoso fosfato è osservata negli animali negli organi del fegato, nelle ghiandole mammarie durante l'allattamento, nei testicoli, nella corteccia surrenale, nonché negli eritrociti e nei tessuti adiposi. Ciò è dovuto alla presenza di reazioni di idrossilazione e rigenerazione attive, ad esempio, durante la sintesi degli acidi grassi, si osserva anche durante la distruzione degli xenobiotici nei tessuti del fegato e la forma di ossigeno attivo nelle cellule eritrocitarie e in altri tessuti. Processi come questi generano una forte domanda per una varietà di equivalenti, incluso NADPH.
Consideriamo l'esempio degli eritrociti. In queste molecole, il glutatione (tripeptide) è responsabile della neutralizzazione della forma di ossigeno attivo. Questo composto, in fase di ossidazione, converte il perossido di idrogeno in H2O, ma la transizione inversa dal glutatione alla variazione ridotta è possibile in presenza di NADPH+H+. Se la cellula ha un difetto nella glucosio-6-fosfato deidrogenasi, si può osservare l'aggregazione dei promotori dell'emoglobina, a seguito della quale l'eritrocita perde la sua plasticità. Il loro normale funzionamento è possibile solo con il pieno funzionamento della via del pentoso fosfato.
La via invertita del pentoso fosfato della pianta fornisce la base per la fase oscura della fotosintesi. Inoltre, alcuni gruppi vegetali dipendono in larga misura da questo fenomeno, che può causare, ad esempio, la rapida interconversione degli zuccheri, ecc.
Il ruolo della via del pentoso fosfato per i batteri risiede nelle reazioni del metabolismo del gluconato. I cianobatteri utilizzano questo processo in virtù dimancanza di un ciclo completo di Krebs. Altri batteri sfruttano questo fenomeno per esporre vari zuccheri all'ossidazione.
Processi di regolamentazione
La regolazione della via del pentoso fosfato dipende dalla presenza di domanda di glucosio-6-fosfato da parte della cellula e dal livello di concentrazione di NADP+ nel liquido del citosol. Sono questi due fattori che determineranno se la suddetta molecola entrerà nelle reazioni di glicolisi o nella via di tipo pentoso fosfato. L'assenza di accettori di elettroni non consentirà il proseguimento dei primi passi del percorso. Con il rapido trasferimento di NADPH a NADPH+, il livello di concentrazione di quest'ultimo aumenta. La glucosio 6 fosfato deidrogenasi è stimolata allostericamente e di conseguenza aumenta la quantità di flusso di glucosio 6 fosfato attraverso la via del tipo pentoso fosfato. Il rallentamento del consumo di NADPH porta a una diminuzione del livello di NADP+ e il glucosio-6-fosfato viene eliminato.
Dati storici
La via del pentoso fosfato ha iniziato il suo percorso di ricerca a causa del fatto che è stata prestata attenzione alla mancanza di cambiamento nel consumo di glucosio da parte degli inibitori generali della glicolisi. Quasi contemporaneamente a questo evento, O. Warburg fece la scoperta del NADPH e iniziò a descrivere l'ossidazione dei glucosio-6-fosfati in acidi 6-fosfogluconici. Inoltre, è stato dimostrato che C6H12O6, contrassegnato con gli isotopi 14C (contrassegnato secondo C-1), si trasformava in 14CO2 relativamente più veloce di questa la stessa molecola, ma etichettata come C-6. Questo è ciò che ha mostrato l'importanza del processo di utilizzo del glucosio duranteassistenza di percorsi alternativi. Questi dati sono stati pubblicati da I. K. Gansalus nel 1995.
Conclusione
E così, vediamo che il percorso in esame è utilizzato dalle cellule come un modo alternativo per ossidare il glucosio ed è diviso in due opzioni in cui può procedere. Questo fenomeno si osserva in tutte le forme di organismi multicellulari e anche in molti microrganismi. La scelta dei metodi di ossidazione dipende da vari fattori, dalla presenza di determinate sostanze nella cellula al momento della reazione.
