Pathways of Pentose: Fase dan Penyakit Terkait
Jalur pentosa fosfat, juga dikenal sebagai deviasi heksosa monofosfat, adalah jalur metabolisme dasar yang memiliki ribosom sebagai produk akhir, yang diperlukan untuk rute sintesis nukleotida dan asam nukleat, seperti DNA, RNA, ATP, NADH, FAD dan koenzim A.
Ini juga menghasilkan NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate), yang digunakan dalam berbagai reaksi enzimatik. Rute ini sangat dinamis dan mampu mengadaptasi produknya tergantung pada kebutuhan sesaat sel.
ATP (adenosin trifosfat) dianggap sebagai "mata uang energi" sel, karena hidrolisisnya dapat digabungkan ke berbagai reaksi biokimia.
Demikian pula, NADPH adalah mata uang energi kedua yang penting untuk sintesis reduktif asam lemak, sintesis kolesterol, sintesis neurotransmiter, fotosintesis dan reaksi detoksifikasi, antara lain.
Meskipun NADPH dan NADH memiliki struktur yang serupa, mereka tidak dapat digunakan secara bergantian dalam reaksi biokimia. NADPH berpartisipasi dalam penggunaan energi bebas dalam oksidasi metabolit tertentu untuk biosintesis reduktif.
Sebaliknya, NADH terlibat dalam penggunaan energi bebas dari oksidasi metabolit untuk mensintesis ATP.
Sejarah dan lokasi
Bukti keberadaan rute ini dimulai pada tahun 1930 berkat peneliti Otto Warburg, yang dikreditkan dengan penemuan NADP +.
Pengamatan tertentu memungkinkan penemuan rute, khususnya kelanjutan respirasi di hadapan inhibitor glikolisis, seperti ion fluoride.
Kemudian, pada tahun 1950 ilmuwan Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann dan Efraim Racker menggambarkan jalur pentosa fosfat.
Jaringan yang terlibat dalam sintesis kolesterol dan asam lemak, seperti kelenjar susu, jaringan adiposa dan ginjal, memiliki konsentrasi tinggi enzim pentosa fosfat.
Hati juga merupakan jaringan penting untuk jalur ini: sekitar 30% dari oksidasi glukosa dalam jaringan ini terjadi berkat enzim jalur pentosa fosfat.
Fungsi
Jalur pentosa fosfat bertanggung jawab untuk menjaga homeostasis karbon di dalam sel. Demikian juga, jalur mensintesis prekursor nukleotida dan molekul yang terlibat dalam sintesis asam amino (blok struktural peptida dan protein).
Ini adalah sumber utama mengurangi daya untuk reaksi enzimatik. Selain itu, ia menyediakan molekul yang diperlukan untuk reaksi anabolik dan untuk proses pertahanan melawan stres oksidatif. Fase terakhir jalur sangat penting dalam proses redoks dalam situasi stres.
Fase
Jalur pentosa fosfat terdiri dari dua fase dalam sitosol seluler: yang oksidatif, yang menghasilkan NADPH dengan oksidasi glukosa-6-fosfat menjadi ribosa-5-fosfat; dan yang non-oksidatif, yang menyiratkan interkonversi gula dari tiga, empat, lima, enam dan tujuh karbon.
Rute ini menyajikan reaksi bersama dengan siklus Calvin dan jalur Entner-Doudoroff, yang merupakan alternatif untuk glikolisis.
Fase oksidatif
Fase oksidatif dimulai dengan dehidrogenasi molekul glukosa-6-fosfat pada karbon 1. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase, yang memiliki kekhususan tinggi untuk NADP +.
Produk dari reaksi ini adalah 6-phosphonoglucono-δ-lactone. Kemudian, produk ini dihidrolisis oleh enzim laktonase untuk menghasilkan 6-fosfoglukonat. Senyawa terakhir diambil oleh enzim 6-phosphogluconate dehydrogenase dan menjadi ribulosa 5-fosfat.
Enzim fosfopentosa isomerase mengkatalisis langkah terakhir fase oksidatif, yang melibatkan sintesis ribosa 5-fosfat oleh isomerisasi ribulosa 5-fosfat.
Rangkaian reaksi ini menghasilkan dua molekul NADPH dan satu molekul ribosa 5-fosfat per molekul glukosa 6-fosfat yang memasuki jalur enzim ini.
Dalam beberapa sel, persyaratan NADPH lebih besar daripada persyaratan ribosa 5-fosfat. Oleh karena itu, enzim transketolase dan transaldolase mengambil ribosa 5-fosfat dan mengubahnya menjadi gliseraldehida 3-fosfat dan fruktosa 6-fosfat, memberikan jalan ke fase non-oksidatif. Dua senyawa terakhir ini dapat memasuki jalur glikolitik.
Fase non-oksidatif
Fase dimulai dengan reaksi epimerisasi yang dikatalisis oleh enzim pentose-5-fosfat epimerase. Ribulosa-5-fosfat diambil oleh enzim ini dan dikonversi menjadi xilulosa-5-fosfat.
Produk ini diambil oleh enzim transketolase yang bekerja bersama dengan koenzim tiamin pirofosfat (TTP), yang mengkatalisis lintasan xilulosa-5-fosfat menjadi ribosa-5-fosfat. Dengan transfer ketosa ke aldosa, gliseraldehida-3-fosfat dan sedoheptulosa-7-fosfat diproduksi.
Selanjutnya, enzim transaldolase mentransfer C3 dari molekul sedoheptulosa-7-fosfat ke gliseraldehida-3-fosfat, yang menghasilkan gula empat karbon (erythrose-4-fosfat) dan gula enam karbon (fruktosa-6). -Fosfat). Produk-produk ini mampu memberi makan jalur glikolitik.
Enzim transketosala bertindak lagi untuk mentransfer C2 dari xylulose-5-fosfat ke erythrose-4-fosfat, menghasilkan fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat. Seperti pada langkah sebelumnya, produk-produk ini dapat masuk ke dalam glikolisis.
Fase kedua ini menghubungkan jalur yang menghasilkan NADPH dengan mereka yang bertanggung jawab untuk mensintesis ATP dan NADH. Selain itu, produk fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat dapat masuk ke dalam glukoneogenesis.
Penyakit terkait
Berbagai patologi terkait dengan jalur pentosa fosfat, antara penyakit neuromuskuler dan berbagai jenis kanker.
Sebagian besar studi klinis fokus pada mengukur aktivitas dehidrogenase glukosa-6-fosfat, karena itu adalah enzim utama yang bertanggung jawab untuk mengatur jalur.
Dalam sel darah milik individu yang rentan terhadap anemia, mereka memiliki aktivitas enzimatik rendah dehidrogenase glukosa-6-fosfat. Sebaliknya, garis sel yang terkait dengan karsinoma di laring menunjukkan aktivitas enzim yang tinggi.
NADPH terlibat dalam produksi glutathione, molekul peptida kunci dalam perlindungan terhadap spesies oksigen reaktif, yang terlibat dalam stres oksidatif.
Berbagai jenis kanker mengarah pada aktivasi jalur pentosa dan berhubungan dengan proses metastasis, angiogenesis, dan respons terhadap kemoterapi dan perawatan radioterapi.
Di sisi lain, penyakit granulomatosa kronis berkembang ketika ada kekurangan dalam produksi NADPH.
