Bioquímica del Metabolismo

Pentosa fosfato Camino

El contenido de esta página: Lineal (oxidativo) parte de la pentosa fosfato Pathway
parte cíclica de la pentosa fosfato Camino 
Alternativo escenarios metabólicos 
Relación con el metabolismo del glutatión
El fosfato vía de las pentosas (también llamado Camino fosfogluconato o hexosa monofosfato derivación) se representa con las estructuras de intermediarios en la Fig. 23-25 ​​p. 863 de Bioquímica, por Voet y Voet, tercera edición. La porción lineal de la vía lleva a cabo la oxidación y la descarboxilación de la glucosa-6-fosfato, produciendo la 5-C de azúcar ribulosa-5-fosfato.

Deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato cataliza la oxidación del aldehído (hemiacetal), en C 1 de la glucosa-6-fosfato, a un ácido carboxílico en enlace éster (lactona). NADP ⁺ sirve como aceptor de electrones.
6-fosfogluconolactonasa cataliza la hidrólisis del enlace éster (lactona), resultando en la apertura del anillo. El producto es 6-fosfogluconato. Aunque la apertura del anillo se produce en ausencia de un catalizador, 6-fosfogluconolactonasa acelera la reacción, la disminución de la vida útil de la altamente reactivo, y por lo tanto potencialmente tóxico, 6-fosfogluconolactona.

Fosfogluconato deshidrogenasa cataliza la descarboxilación oxidativa de 6-fosfogluconato, para producir el 5-C cetosa ribulosa-5-fosfato. El hidroxilo en C3 ( C 2 del producto) se oxida a una cetona. Esto promueve la pérdida del carboxilo en C 1 como CO 2 .  NADP + nuevo sirve como oxidante (electrón aceptor).

La reducción de NADP + (como con NAD + ) implica transferencia de 2e - además 1H + a la fracción nicotinamida.

NAD + y NADP + se diferencian sólo en la presencia de un fosfato adicional en la ribosa adenosina de NADP + . Esta diferencia tiene poco que ver con la actividad redox, pero es reconocido por los sitios de unión de sustrato-de enzimas. Se trata de un mecanismo para la separación de las vías catabólicas y sintéticos . NADPH , un producto de la pentosa fosfato Pathway, funciona como un reductor en varias (anabólicos) vías de síntesis, incluyendo la síntesis de ácidos grasos. NAD + sirve como aceptor de electrones en las vías catabólicas en el que se oxidan metabolitos. El NADH resultante se vuelve a oxidar por la cadena respiratoria, la producción de ATP.

Reglamento : 
deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato es el paso comprometido de la pentosa fosfato Camino. Esta enzima está regulada por la disponibilidad del sustrato NADP ⁺ . Como NADPH se utiliza en rutas sintéticas reductora, el aumento de la concentración de NADP ⁺ estimula la pentosa fosfato Pathway, para reponer NADPH. 
El resto de la pentosa fosfato Pathway lleva a cabo la conversión de la 5-C ribulosa-5-fosfato a la 5-C producto ribosa-5-fosfato, o para la 3-C gliceraldehído-3-fosfato y la 6-C fructosa-6 fosfato (reacciones de 4 a 8 p. 863).

Enzimas adicionales incluyen ribulosa-5-fosfato epimerasa, isomerasa ribulosa-5-fosfato, transcetolasa, y transaldolasa. Epimerasa interconvierte los estereoisómeros ribulosa-5-fosfato y xilulosa-5-fosfato.  Isomerasa convierte la cetosa ribulosa-5-fosfato a la aldosa reductasa ribosa-5-fosfato.  Ambas reacciones implican desprotonación para formar un endiolate intermedio , seguido por reprotonación específico para dar el producto. Ambas reacciones son reversibles.

Transcetolasa y transaldolasa catalizan la transferencia de 2-C y 3-C fragmentos moleculares respectivamente, en cada caso de un donante a un aceptor cetosa aldosa reductasa. DE Nicholson ha sugerido que los nombres de estas enzimas se deben cambiar, ya que en realidad transcetolasa transfiere un resto aldol (glicoaldehido) y transaldolasa realidad transfiere un resto cetol (dihidroxiacetona). Sin embargo, los nombres de enzimas tradicionales se utilizan aquí.

Transcetolasa transfiere un fragmento de 2-C de xilulosa-5-fosfato a cualquiera-5-fosfato de ribosa o eritrosa-4- fosfato .

Transcetolasa utiliza como grupo prostético pirofosfato de tiamina (TPP) , un derivado de la vitamina B 1 . Para una breve discusión de las fuentes nutricionales de la vitamina B tiamina , un resumen de sus funciones metabólicas y enfermedades asociadas con la deficiencia de tiamina, consulte a un sitio web del Instituto Linus Pauling de la Oregon State University. Ver notas en piruvato deshidrogenasa , que también utiliza TPP como grupo prostético. H + fácilmente se disocia de la C entre N y S en el anillo tiazolio de pirofosfato de tiamina.

El pirofosfato de tiamina se une a los sitios activos de las enzimas en una " V conformación ". El amino grupo de la fracción de aminopirimidina está cerca del protón disociable, y sirve como el aceptor de protones . Esta transferencia de protones es promovida por un residuo de glutamato adyacente al anillo de pirimidina. El tiazolio carbanión (iluro) que resulta de la disociación de protones reacciona con el carbonilo C de xilulosa-5-P para formar un compuesto de adición. La carga positiva N en el anillo de tiazol actos como un sumidero de electrones , la promoción de CC escisión del enlace. El 3-C aldosa gliceraldehído-3-fosfato se libera. A 2-C fragmento permanece en TPP. La finalización de la reacción es por inversión de estos pasos. El fragmento 2-C se condensa con una de las aldosas eritrosa-4-fosfato (4-C) o ribosa-5-fosfato (5-C) para formar una 6-C o C-7 producto cetosa-fosfato. Transferencia del fragmento 2-C a los rendimientos 5-C aldosa ribosa-5-fosfato sedoheptulosa-7-fosfato (véase más arriba). Transferencia lugar a la 4-C aldosa rendimientos eritrosa-4-fosfato de fructosa-6-fosfato. Véase también el diagrama p. 865.

Explore a la derecha de la estructura de transcetolasa con sustrato unido eritrosa-4-fosfato.

Transcetolasa

Transaldolasa cataliza la transferencia de un 3-C resto de dihidroxiacetona, a partir de sedoheptulosa-7-fosfato en gliceraldehído-3-fosfato.

El e -amino grupo de un sitio activo lisina residuo reacciona con el carbonilo C de sedoheptulosa-7-fosfato para formar un protonada base de Schiff intermedia .Escisión Aldol resultados en la liberación de eritrosa-4-fosfato. La base de Schiff estabiliza el carbanión en C 3 . La finalización de la reacción se produce por reversión , como los ataques carbanión lugar el carbono aldehído de la aldosa reductasa 3-carbono gliceraldehído-3-fosfato para producir la fructosa-6-fosfato de 6-carbono. Véase también el diagrama p. 866.

Explora a la derecha de la estructura de E. coli transaldolasa , cristalizado con un sitio activo modificado intermedio. La estructura de transaldolasa humana también se ha determinado, y exhibe un parecido un , b barril estructura.

Transaldolasa

El flujo de productos intermedios que contienen 15 C átomos a través de reacciones pentosa fosfato vía por la que 5-C azúcares se convierten en 3-C y 6-C azúcares se resume en el diagrama de la derecha y el balance de abajo. C 5 + C 5 C 3 + C 7 (transcetolasa) C 3 + C 7 C 6   + C 4  (transaldolasa) C 5 + C 4 C 6 + C 3 (transcetolasa) _______________________________________ 3 C 5 2C 6 + C 3   (general) La glucosa-6-fosfato se puede regenerar, ya sea del 3-C producto gliceraldehído-3-fosfato o la 6-C producto fructosa-6-fosfato, a través de las enzimas de la gluconeogénesis.   En el diagrama de la derecha, ES = Isomerasa, EP = epimerasa, CT = transcetolasa, TA = transaldolasa.

Dependiendo de las necesidades relativas de una célula de ribosa-5-fosfato , NADPH , y ATP , la pentosa fosfato Pathway puede operar en varios modos, para maximizar los diferentes productos. Hay tres grandes escenarios:

1. ribulosa-5-fosfato se puede convertir a ribosa-5-fosfato , un sustrato para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos. La vía también produce algunosNADPH .
2. gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato, formado a partir de los fosfatos de azúcar de 5 carbonos, pueden ser convertidos en glucosa-6-fosfato para la reentrada en la parte lineal de la pentosa fosfato Pathway, maximizando la formación de NADPH .
3. gliceraldehído-3-fosfato y fructosa-6-fosfato, formado a partir de los fosfatos de azúcar de 5 carbonos, pueden entrar en la glucólisis , para la síntesis de ATP .La vía también produce algunos NADPH .La ribosa-1-fosfato generado durante el catabolismo de los nucleósidos también entra en la vía glucolítica de esta manera, después de ser convertido primero a ribosa-5-fosfato. Así, la pentosa fosfato Camino sirve como una entrada en la glucólisis para ambos azúcares de 5 carbonos y 6-carbono.

El glutatión es un tripéptido que incluye un residuo de glutamato unidos por un enlace isopeptídico que implica el grupo carbonilo de la cadena lateral.Su grupo funcional es un tiol de cisteína .Uno de los papeles de g lutathione es la degradación de hidroperóxidos que surgen espontáneamente en el medio ambiente rico en oxígeno dentro de las células rojas de la sangre. Los hidroperóxidos puede reaccionar con dobles enlaces en restos de ácidos grasos de los lípidos de membrana, haciendo que las membranas con fugas.

Glutatión peroxidasa cataliza la degradación de hidroperóxidos orgánicos por reducción, como dos moléculas de glutatión se oxidan a un disulfuro. En el resumen de reacción por debajo, el glutatión se representa como GSH.

2 GSH + ROOH GSSG + ROH + H ₂ O

El glutatión peroxidasa contiene el elemento traza selenio como un grupo funcional. Estructura primaria de la enzima incluye un análogo de la cisteína, selenocysteine, con Se reemplazando S .

Regeneración de glutatión reducido requiere NADPH , producido dentro de los eritrocitos en la pentosa fosfato Pathway. El glutatión reductasa cataliza:

GSSG + NADPH + H ⁺ 2 GSH + NADP ⁺

La deficiencia genética de la deshidrogenasa de glucosa-6-fosfato puede conducir a una anemia hemolítica, debido a un suministro inadecuado de NADPH dentro de las células rojas de la sangre. El efecto de una deficiencia parcial de-6-fosfato deshidrogenasa de glucosa actividad se ve agravada por las sustancias que conducen a una mayor producción de peróxidos (por ejemplo, el antipalúdico primaquina ).