Jalur pentosa fosfat, juga dikenal sebagai pengalihan heksosa monofosfat, adalah jalur metabolik mendasar yang produk akhirnya adalah ribosa, diperlukan untuk jalur sintesis nukleotida dan asam nukleat, seperti DNA, RNA, ATP, NADH, Rumpon dan koenzim A.
Ini juga menghasilkan NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate), yang digunakan dalam berbagai reaksi enzimatik. Jalur ini sangat dinamis dan mampu mengadaptasi produknya tergantung pada kebutuhan sesaat sel.
ATP (adenosine triphosphate) dianggap sebagai "mata uang energi" dari sel, karena hidrolisasinya dapat digabungkan dengan berbagai reaksi biokimia.
Dengan cara yang sama, NADPH adalah mata uang energi penting kedua untuk sintesis reduktif asam lemak, sintesis kolesterol, sintesis neurotransmitter, fotosintesis dan reaksi detoksifikasi, antara lain.
Meskipun NADPH dan NADH memiliki struktur yang serupa, keduanya tidak dapat digunakan secara bergantian dalam reaksi biokimia. NADPH berpartisipasi dalam pemanfaatan energi bebas dalam oksidasi metabolit tertentu untuk biosintesis reduktif.
Sebaliknya, NADH terlibat dalam pemanfaatan energi bebas dari oksidasi metabolit untuk mensintesis ATP.
Sejarah dan Lokasi
Indikasi keberadaan jalur ini dimulai pada tahun 1930 berkat peneliti Otto Warburg, yang dikreditkan dengan penemuan NADP + .
Pengamatan tertentu memungkinkan ditemukannya jalur, terutama kelanjutan respirasi dengan adanya inhibitor glikolisis, seperti ion fluorida.
Kemudian, pada tahun 1950, ilmuwan Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann dan Efraim Racker mendeskripsikan jalur pentosa fosfat.
Jaringan yang terlibat dalam sintesis kolesterol dan asam lemak, seperti kelenjar susu, jaringan adiposa, dan ginjal, memiliki konsentrasi enzim pentosa fosfat yang tinggi.
Hati juga merupakan jaringan penting untuk jalur ini: sekitar 30% oksidasi glukosa dalam jaringan ini terjadi berkat enzim jalur pentosa fosfat.
fitur
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 (bahan penyusun peptida dan protein).
Ini adalah sumber utama pengurangan tenaga untuk reaksi enzimatik. Selain itu, ia menyediakan molekul yang diperlukan untuk reaksi anabolik dan untuk proses pertahanan melawan stres oksidatif. Fase terakhir dari jalur sangat penting dalam proses redoks di bawah situasi stres.
Tahapan
Jalur pentosa fosfat terdiri dari dua fase dalam sitosol sel: fase oksidatif, yang menghasilkan NADPH dengan oksidasi glukosa-6-fosfat menjadi ribosa-5-fosfat; dan non-oksidatif, yang melibatkan interkonversi tiga, empat, lima, enam, dan tujuh gula karbon.
Rute ini menyajikan reaksi yang dibagikan dengan siklus Calvin dan dengan 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 spesifisitas tinggi untuk NADP + .
Produk dari reaksi ini adalah 6-phosphonoglucon-δ-lactone. Produk ini kemudian dihidrolisis oleh enzim laktonase untuk menghasilkan 6-fosfoglukonat. Senyawa yang terakhir diambil oleh enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase dan menjadi ribulosa 5-fosfat.
Enzim fosfopentosa isomerase mengkatalisis langkah terakhir dari fase oksidatif, yang melibatkan sintesis ribosa 5-fosfat dengan isomerisasi ribulosa 5-fosfat.
Rangkaian reaksi ini menghasilkan dua molekul NADPH dan satu molekul ribosa 5-fosfat untuk setiap molekul glukosa 6-fosfat yang memasuki jalur enzimatik ini.
Pada beberapa sel, kebutuhan NADPH lebih besar daripada ribosa 5-fosfat. Oleh karena itu, enzim transketolase dan transaldolase mengambil ribosa 5-fosfat dan mengubahnya menjadi gliseraldehida 3-fosfat dan fruktosa 6-fosfat, memberi jalan ke fase non-oksidatif. Dua senyawa terakhir ini dapat masuk ke jalur glikolitik.
Fase non-oksidatif
Fase dimulai dengan reaksi epimerisasi yang dikatalisis oleh enzim pentosa-5-fosfat epimerase. Ribulosa-5-fosfat diambil oleh enzim ini dan diubah menjadi xilulosa-5-fosfat.
Produk tersebut diambil oleh enzim transketolase yang bekerja bersama dengan koenzim tiamin pirofosfat (TTP), yang mengkatalisis perjalanan xilulosa-5-fosfat menjadi ribosa-5-fosfat. Dengan transfer dari ketosis ke aldosa, gliseraldehida-3-fosfat dan sedoheptulosa-7-fosfat diproduksi.
Enzim transaldolase kemudian mentransfer C3 dari molekul sedoheptulosa-7-fosfat ke gliseraldehida-3-fosfat, menghasilkan gula empat karbon (eritrosa-4-fosfat) dan gula enam karbon (fruktosa-6). -fosfat). Produk ini mampu memberi makan jalur glikolitik.
Enzim transketosal bekerja lagi untuk mentransfer C2 dari xilulosa-5-fosfat ke eritrosa-4-fosfat, menghasilkan fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat. Seperti pada langkah sebelumnya, produk ini dapat memasuki glikolisis.
Fase kedua ini menghubungkan jalur yang menghasilkan NADPH dengan jalur yang bertanggung jawab untuk mensintesis ATP dan NADH. Selain itu, produk fruktosa-6-fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat dapat memasuki glukoneogenesis.
Penyakit terkait
Berbagai patologi terkait dengan jalur pentosa fosfat, antara penyakit otot saraf ini dan berbagai jenis kanker.
Sebagian besar studi klinis berfokus pada mengukur aktivitas glukosa-6-fosfat dehidrogenase, karena ini adalah enzim utama yang bertugas mengatur jalur tersebut.
Dalam sel darah milik individu yang rentan terhadap anemia, mereka menunjukkan aktivitas enzimatik yang rendah dari glukosa-6-fosfat dehidrogenase. 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 ini terkait dengan proses metastasis, angiogenesis, dan respons terhadap perawatan kemoterapi dan radioterapi.
Di sisi lain, penyakit granulomatosa kronis berkembang ketika ada kekurangan produksi NADPH.
Referensi
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Biokimia. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Jalur pentosa fosfat pada penyakit neuromuskuler - evaluasi glukosa otot 6 - aktivitas dehidrogenase fosfat dan kandungan RNA. Rinsho shinkeigak. Neurologi klinis, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Peran yang muncul dari jalur pentosa fosfat di karsinoma hepatoseluler. Frontiers in onkologi, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). Jalur pentosa fosfat dan kanker. Tren dalam ilmu biokimia, 39 (8), 347-354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). Kembalinya metabolisme: biokimia dan fisiologi jalur pentosa fosfat. Ulasan Biologis, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Biokimia. Editor Seni.