CÁC CON ĐƯỜNG PENTOSE: CÁC GIAI ĐOẠN VÀ CÁC BỆNH LIÊN QUAN - SINH HỌC - 2025

Con đường pentose phosphate, còn được gọi là chuyển hướng hexose monophosphate, là một con đường trao đổi chất cơ bản mà sản phẩm cuối cùng là các ribose, cần thiết cho con đường tổng hợp nucleotide và axit nucleic, chẳng hạn như DNA, RNA, ATP, NADH, FAD và coenzyme A.

Nó cũng tạo ra NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate), được sử dụng trong các phản ứng enzym khác nhau. Con đường này rất năng động và có khả năng điều chỉnh các sản phẩm của nó tùy thuộc vào nhu cầu nhất thời của tế bào.

ATP (adenosine triphosphate) được coi là "tiền tệ năng lượng" của tế bào, bởi vì quá trình thủy phân của nó có thể được kết hợp với một loạt các phản ứng sinh hóa.

Tương tự, NADPH là đơn vị tiền tệ năng lượng thứ hai cần thiết cho quá trình tổng hợp giảm thiểu axit béo, tổng hợp cholesterol, tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh, phản ứng quang hợp và giải độc, trong số những phản ứng khác.

Mặc dù NADPH và NADH có cấu trúc tương tự nhau, chúng không thể được sử dụng thay thế cho nhau trong các phản ứng sinh hóa. NADPH tham gia vào việc sử dụng năng lượng tự do trong quá trình oxy hóa các chất chuyển hóa nhất định để sinh tổng hợp khử.

Ngược lại, NADH tham gia vào việc sử dụng năng lượng tự do từ quá trình oxy hóa các chất chuyển hóa để tổng hợp ATP.

Lịch sử và vị trí

Các dấu hiệu về sự tồn tại của con đường này bắt đầu vào năm 1930 nhờ nhà nghiên cứu Otto Warburg, người có công phát hiện ra NADP ⁺ .

Một số quan sát nhất định cho phép phát hiện ra con đường, đặc biệt là sự tiếp tục của quá trình hô hấp khi có mặt các chất ức chế đường phân, chẳng hạn như ion florua.

Sau đó, vào năm 1950, các nhà khoa học Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann và Efraim Racker đã mô tả con đường pentose phosphate.

Các mô liên quan đến quá trình tổng hợp cholesterol và axit béo, chẳng hạn như tuyến vú, mô mỡ và thận, có nồng độ cao của enzym pentose phosphat.

Gan cũng là một mô quan trọng đối với con đường này: khoảng 30% quá trình oxy hóa glucose trong mô này xảy ra nhờ vào các enzym của con đường pentose phosphate.

Đặc trưng

Con đường pentose phosphate chịu trách nhiệm duy trì cân bằng nội môi carbon trong tế bào. Tương tự như vậy, con đường tổng hợp tiền chất của nucleotide và các phân tử tham gia vào quá trình tổng hợp axit amin (các khối cấu tạo của peptide và protein).

Nó là nguồn khử chính của các phản ứng enzym. Ngoài ra, nó cung cấp các phân tử cần thiết cho các phản ứng đồng hóa và cho các quá trình bảo vệ chống lại stress oxy hóa. Giai đoạn cuối cùng của quá trình này rất quan trọng trong quá trình oxy hóa khử trong các tình huống căng thẳng.

Giai đoạn

Con đường pentose phosphate bao gồm hai giai đoạn trong tế bào: một giai đoạn oxy hóa, tạo ra NADPH với quá trình oxy hóa glucose-6-phosphate thành ribose-5-phosphate; và một loại không oxy hóa, liên quan đến sự chuyển hóa giữa các loại đường cacbon ba, bốn, năm, sáu và bảy.

Lộ trình này trình bày các phản ứng được chia sẻ với chu trình Calvin và với con đường Entner - Doudoroff, là một sự thay thế cho quá trình đường phân.

Giai đoạn oxy hóa

Giai đoạn oxy hóa bắt đầu với quá trình dehydro hóa phân tử glucose-6-phosphate ở carbon 1. Phản ứng này được xúc tác bởi enzyme glucose-6-phosphate dehydrogenase, có tính đặc hiệu cao đối với NADP ⁺ .

Sản phẩm của phản ứng này là 6-phosphonoglucon-δ-lactone. Sản phẩm này sau đó được thủy phân bởi enzyme lactonase để tạo ra 6-phosphogluconate. Hợp chất thứ hai được enzyme 6-phosphogluconate dehydrogenase tiếp nhận và trở thành ribulose 5-phosphate.

Enzyme phosphopentose isomerase xúc tác bước cuối cùng của giai đoạn oxy hóa, bao gồm quá trình tổng hợp ribose 5-phosphate bằng cách đồng phân hóa ribulose 5-phosphate.

Chuỗi phản ứng này tạo ra hai phân tử NADPH và một phân tử ribose 5-phosphate cho mỗi phân tử glucose 6-phosphate đi vào con đường enzym này.

Trong một số tế bào, nhu cầu cho NADPH lớn hơn nhu cầu cho ribose 5-phosphate. Do đó, các enzyme transketolase và transaldolase lấy ribose 5-phosphate và chuyển nó thành glyceraldehyd 3-phosphate và fructose 6-phosphate, nhường chỗ cho giai đoạn không oxy hóa. Hai hợp chất cuối cùng này có thể đi vào con đường đường phân.

Giai đoạn không oxy hóa

Giai đoạn này bắt đầu bằng phản ứng epimeri hóa được xúc tác bởi enzyme pentose-5-phosphate epimerase. Ribulose-5-phosphate được enzyme này tiếp nhận và chuyển thành xylulose-5-phosphate.

Sản phẩm được tiếp nhận bởi enzyme transketolase hoạt động cùng với coenzyme thiamine pyrophosphate (TTP), xúc tác quá trình chuyển xylulose-5-phosphate thành ribose-5-phosphate. Với việc chuyển ketose thành aldose, glyceraldehyde-3-phosphate và sedoheptulose-7-phosphate được tạo ra.

Sau đó, enzyme transaldolase chuyển C3 từ phân tử sedoheptulose-7-phosphate thành glyceraldehyde-3-phosphate, tạo ra đường bốn carbon (erythrose-4-phosphate) và đường sáu carbon (fructose-6 -photphat). Những sản phẩm này có khả năng cung cấp cho con đường đường phân.

Enzyme chuyển niêm mạc hoạt động trở lại để chuyển một C2 từ xylulose-5-phosphate thành erythrose-4-phosphate, tạo ra fructose-6-phosphate và glyceraldehyde-3-phosphate. Như trong bước trước, các sản phẩm này có thể đi vào quá trình đường phân.

Giai đoạn thứ hai này kết nối các con đường tạo ra NADPH với các con đường chịu trách nhiệm tổng hợp ATP và NADH. Hơn nữa, các sản phẩm fructose-6-phosphate và glyceraldehyde-3-phosphate có thể đi vào quá trình tạo gluconeogenesis.

Các bệnh liên quan

Các bệnh lý khác nhau có liên quan đến con đường pentose phosphate, giữa các bệnh thần kinh cơ này và các loại ung thư khác nhau.

Hầu hết các nghiên cứu lâm sàng tập trung vào việc định lượng hoạt động của glucose-6-phosphate dehydrogenase, bởi vì nó là enzyme chính chịu trách nhiệm điều hòa con đường.

Trong tế bào máu của những người dễ bị thiếu máu, chúng có hoạt tính enzym thấp của glucose-6-phosphat dehydrogenase. Ngược lại, các dòng tế bào liên quan đến ung thư biểu mô trong thanh quản thể hiện hoạt tính của enzym cao.

NADPH tham gia vào việc sản xuất glutathione, một phân tử peptide quan trọng trong việc bảo vệ chống lại các loại oxy phản ứng, liên quan đến stress oxy hóa.

Các loại ung thư khác nhau dẫn đến việc kích hoạt con đường pentose và nó có liên quan đến các quá trình di căn, hình thành mạch và đáp ứng với các phương pháp điều trị hóa trị và xạ trị.

Mặt khác, bệnh u hạt mãn tính phát triển khi thiếu hụt trong sản xuất NADPH.

Người giới thiệu

1. Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Hóa sinh. WH Freeman
2. Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Con đường pentose phosphate trong các bệnh thần kinh cơ - đánh giá hoạt động glucose 6 - phosphate dehydrogenase của cơ và hàm lượng RNA. Rinsho shinkeigak. Thần kinh học lâm sàng, 30 (10), 1078-1083.
3. Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Vai trò mới nổi của con đường pentose phosphate trong ung thư biểu mô tế bào gan. Biên giới trong ung thư học, 7, 87.
4. Patra, KC & Hay, N. (2014). Con đường pentose phosphate và ung thư. Xu hướng trong khoa học sinh hóa, 39 (8), 347–354.
5. Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Sự trở lại của quá trình trao đổi chất: sinh hóa và sinh lý của con đường pentose phosphate. Đánh giá sinh học, 90 (3), 927–963.
6. Voet, D., & Voet, JG (2013). Hóa sinh. Biên tập viên Artmed.