Madame Lelica

imagen: «oxidativer Teil des Pentosephosphatweges» por Yikrazuul. Licencia: Dominio público

definición

La vía del fosfato de pentosa puede ser referida como el ciclo del fosfato de pentosa, la vía del fosfogluconato, el ciclo del monofosfato de hexosa, o la derivación Warburg-Dickens-Horecker., Todos significan lo mismo: la provisión de NADPH y pentosis que se pueden usar en otras vías bioquímicas.

NADPH se encuentra principalmente en tejidos en los que los procesos biosintéticos son importantes, lo que significa que en esos tejidos, se requiere la vía de fosfato de pentosa para generar NADPH mediante la reducción de la glucosa. Ejemplos son los hepatocitos y adipocitos, que sintetizan ácidos grasos, o los ovarios, testículos y corteza suprarrenal, que sintetizan esteroides.,

además de la síntesis de ácidos grasos, NADPH también se requiere para la biosíntesis de colesterol, neurotransmisores y nucleótidos a través de fosforribosil-pirofosfato (PRPP). Además, las reductasas dependientes de NADPH están involucradas en la desintoxicación del tejido y se usan más en la reducción del glutatión en los eritrocitos. La vía del fosfato de pentosa se puede dividir en 2 fases distintas: una primera fase oxidativa y una segunda fase no oxidativa (reductiva). Ambos procesos ocurren exclusivamente en el citoplasma.,

Fase oxidativa

en la primera fase oxidativa de la vía del fosfato de pentosa, la glucosa se oxida para generar 2 moléculas de NADPH. Este paso es esencialmente irreversible y el paso de compromiso, ya que las reacciones son fuertemente exergónicas.

imagen: ‘Oxidative Phase’ por yikrazuul. Licencia: Dominio Público

primera reacción

El metabolito inicial de la vía de pentosa fosfato es glucosa-6-fosfato, 2 NADP+ y H2O., La fase oxidativa comienza con la deshidrogenación en el átomo C1 de glucosa-6-fosfato, una reacción catalizada por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD). El producto de la reacción es 6-fosfogluconolactona. Por el contrario, NADP+ se reduce a NADPH durante este proceso.

segunda reacción

la 6-fosfogluconolactona es hidrolizada a 6-fosfogluconato por una enzima específica llamada lactonasa.,

tercera reacción

la descarboxilación oxidativa de 6-fosfogluconato por gluconato-6-fosfato deshidrogenasa produce 3-ceto-6-fosfogluconato, que se convierte en ribulosa-5-fosfato, un sustrato para reacciones no oxidativas, y NADPH.

Fase No oxidativa

Esta segunda fase no oxidativa es reversible y reductiva. Produce pentosas utilizadas en la síntesis de nucleótidos y cataliza la interconversión de azúcares de 3, 4, 5, 6 y 7 carbonos. Esto, a su vez, puede resultar en productos intermedios, que, por ejemplo, pueden entrar en la glucólisis.,

Image: ‘the non-oxidative steps of the pentose phosphate pathway’ by yikrazuul. Licencia: (CC BY-SA 3.0)

primera reacción

La ribulosa-5-fosfato generada en la fase oxidativa se convierte en parte a xilulosa-5-fosfato, catalizada por la ribulosa-5-fosfato epimerasa, y en parte isomerizada por la enzima fosfopentosa isomerasa (ribosa-5-fosfato isomerasa) a ribosa-5-fosfato.,

segunda reacción

los 2 carbohidratos C5 resultantes ahora son necesarios para el siguiente paso: xilulosa-5-fosfato sirve como donante de C2. La enzima transcetolasa transfiere 2 fragmentos de carbono a la pentosa ribosa-5-fosfato, que produce gliceraldehído-3-fosfato y sedoheptulosa-7-fosfato.,

tercera reacción

los 2 productos del paso anterior continúan transfiriendo fragmentos de carbono: la enzima transaldolasa transfiere 3 átomos de carbono de sedoheptulosa-7-fosfato a gliceraldehído-3-fosfato; así, se generan 2 nuevos carbohidratos: eritrosa-4-fosfato y fructosa-6-fosfato.

cuarta reacción

Este paso también es catalizado por una transcetolasa; junto con la eritrosa-4-fosfato, generada en la tercera reacción, otra xilulosa-5-fosfato se utiliza para generar otra fructosa-6-fosfato y un gliceraldehído-3-fosfato adicional.,

en última instancia, esto significa que 3 moléculas de ribosa-5-fosfato pueden generar 2 moléculas de fructosa-6-fosfato y 1 molécula de gliceraldehído-3-fosfato, que pueden ser alimentados en la vía glicolítica. Además, la fructosa-6-fosfato se puede convertir de nuevo en glucosa-6-fosfato y entrar en una nueva vía de fosfato de pentosa.,

mecanismos de regulación de la Vía de pentosa fosfato

la demanda y disponibilidad de diferentes productos de reacción, intermedios y sustratos (reactivos de inicio) de la vía determinan qué parte de la vía de pentosa fosfato está operativa y qué tan rápida es la parte. El factor Regulador más importante es la concentración intracelular de NADP+.

en una célula con niveles bajos de NADP+, se inhibe la deshidrogenación de glucosa-6-fosfato, lo que significa que casi no se produce NADPH., Solo cuando se requiere NADPH para las reacciones de biosíntesis reductiva, es activa la primera fase de la ruta del fosfato de pentosa. Se supone que la insulina regula al alza la tasa de transcripción de la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, que amplifica el primer paso de la ruta de la pentosa fosfato.

mientras que la concentración de NADP + tiene principalmente un efecto en la primera fase de la vía de fosfato de pentosa, las concentraciones de diferentes sustratos tienden a influir en la segunda fase.,

Balance energético de la Vía del fosfato de pentosa

como la vía del fosfato de pentosa y la vía glicolítica están directamente conectadas y definidas por una interacción coordinada o intercambio de varias moléculas entre ellas, la salida de la vía del fosfato de pentosa está determinada por las necesidades de la célula. Se describen cuatro situaciones metabólicas diferentes de la siguiente manera:

si la célula, por ejemplo, requiere muchos nucleótidos para la síntesis de ADN, tiene que generar una gran cantidad de ribosa-5-fosfato., Para esto, la célula puede revertir las reacciones descritas anteriormente y, utilizando ATP, puede generar 3 moléculas de ribosa-5-fosfato a partir de 2 moléculas de fructosa-6-fosfato y 1 molécula de gliceraldehído-3-fosfato.

si la célula requiere tanto ribosa-5-fosfato como NADPH, se activa la fase oxidativa de la vía pentosa fosfato, formando 2 moléculas de NADPH y 1 molécula de ribosa-5-fosfato a partir de 1 molécula de glucosa-6-fosfato.,

si la célula necesita una gran cantidad de NADPH para la biosíntesis reductiva, utilizará los productos de reacción de la segunda fase de la vía de fosfato de pentosa, gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato, convirtiéndolos de nuevo en glucosa-6-fosfato y alimentándolos en la vía de fosfato de pentosa. De esta manera, 1 molécula de glucosa-6-fosfato puede convertir 12 NADP+ a NADPH.,

si la célula necesita tanto NADPH como ATP, los productos de la vía del fosfato de pentosa, a saber, fructosa-6-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato, entrarán en la vía glicolítica (en lugar de volver a la glucosa-6-fosfato). Thud, 3 moléculas de glucosa-6-fosfato se pueden convertir en 5 moléculas de piruvato, 6 NADPH y 8 ATP.

Fisiopatología

como se mencionó anteriormente, el NADPH generado en la vía del fosfato de pentosa juega un papel clave en las defensas antioxidantes (desintoxicación celular), ya que reduce el glutatión oxidado., El glutatión es un tripéptido que reduce las especies reactivas de oxígeno y, por lo tanto, combate el llamado estrés oxidativo que causa muchas enfermedades.

si la vía de fosfato de pentosa no funciona correctamente, por ejemplo, en caso de deficiencia de G6PD, se genera una cantidad insuficiente de NADPH. Como la vía de fosfato de pentosa es la única fuente de glutatión reducido en los eritrocitos, esto conduce a la descomposición celular; por lo tanto, los individuos con deficiencia de G6PD están en riesgo de anemia hemolítica. La presentación clínica asociada se denomina favismo.,

sin embargo, la deficiencia de G6PD confiere protección natural contra la malaria, ya que los parásitos patógenos requieren una reducción del glutatión para su crecimiento. Esta ventaja selectiva explica por qué esta deficiencia genética está muy extendida en el África subsahariana y en la región mediterránea.