Via del pentoso fosfato
La via del pentoso fosfato è una via di ossidazione del glucosio alternativa alla glicolisi e indispensabile per la produzione di molecole essenziali per la cellula.
Le finalità di questa via sono:
- Produrre NADPH.
- Produrre zuccheri a cinque atomi di carbonio (pentosi), tra cui il ribosio 5-fosfato.
- Indirizzare i pentosi verso la glicolisi o la gluconeogenesi.
Il NADPH è l’agente riducente richiesto in molte reazioni anaboliche.
Il ribosio 5-fosfato è un precursore per la sintesi dei nucleotidi e degli acidi nucleici.
Il ribosio 5-fosfato è molto utilizzato dalle cellule in attiva proliferazione (midollo osseo, cute, mucosa intestinale).
Un’altra delle funzioni della via del pentoso fosfato è quella di prevenire lo stress ossidativo.
Differenze tra NADH e NADPH
Il NADPH (forma ridotta del nicotinammide adenina dinucleotide fosfato) differisce strutturalmente dal NADH (forma ridotta del nicotinammide adenina dinucleotide) per il fatto di avere un gruppo fosfato extra (Figura 1).
Dal punto di vista funzionale, il NADH cede gli equivalenti riducenti alla catena di trasporto degli elettroni, consentendo la sintesi di ATP.
Invece, il NADPH è il donatore di equivalenti riducenti nelle biosintesi riduttive (sintesi degli acidi grassi, del colesterolo, dei deossinucleotidi).
Le vie biosintetiche riduttive sono particolarmente attive nei seguenti tessuti:
- fegato (sintesi acidi grassi, colesterolo);
- tessuto adiposo (sintesi acidi grassi);
- ghiandola mammaria (sintesi acidi grassi);
- corteccia surrenale (sintesi ormoni);
- gonadi (sintesi ormoni).
Fig. 1 La struttura del NAD+ e del NADP+
Reazioni della via del pentoso fosfato
La via del pentoso fosfato ha luogo nel citoplasma e consiste in:
- una fase ossidativa;
- una fase non ossidativa.
Nella figura 2 è riportato una schema generale della via.
Fig. 2 Schema generale della via del pentoso fosfato
Fase ossidativa
Le reazioni della fase ossidativa sono le seguenti:
- Ossidazione del glucosio 6-fosfato da parte della glucosio 6-fosfato deidrogenasi (NADP-dipendente) a 6-fosfoglucono-δ-lattone con produzione di NADPH.
- Idrolisi del 6-fosfoglucono-δ-lattone a 6-fosfogluconato da parte dall’enzima lattonasi.
- Decarbossilazione ossidativa del 6-fosfogluconato ad opera della 6-fosfogluconato deidrogenasi (NADP-
dipendente) e produzione di ribulosio 5-fosfato (pentoso) e NADPH. - Isomerizzazione del ribulosio 5-fosfato a ribosio 5-fosfato.
Nella fase ossidativa si ha la produzione di:
- NADPH necessario per le reazioni di biosintesi riduttive;
- ribosio-5-fosfato composto chiave per la sintesi dei nucleotidi e degli acidi nucleici.
Fase non ossidativa
Il ribulosio 5-fosfato può essere convertito anche in xilulosio 5-fosfato.
Nella fase non ossidativa hanno luogo riarrangiamenti molecolari che consistono nel trasferimento di unità a 2 o a 3 atomi di carbonio (Figura 3).
Nella reazione 1, catalizzata dalla transchetolasi, il ribosio 5-fosfato (5C) reagisce con una molecola di xilulosio 5-fosfato (5C) generando sedoeptulosio 7-fosfato (7C) e gliceraldeide 3-fosfato (3C).
(Trasferimento di unità a 2 C dallo xilulosio 5-fosfato al ribosio 5-fosfato).
Nella reazione 2, catalizzata dalla transaldolasi, il sedoeptulosio 7-fosfato (7C) e la gliceraldeide 3-fosfato (3C) interagiscono per formare fruttosio 6-fosfato (6C) ed eritrosio 4-fosfato (4C) (Trasferimento di unità a 3 C dal sedoeptulosio 7-fosfato alla gliceraldeide 3-fosfato).
Nella reazione 3, catalizzata dalla transchetolasi, l’eritrosio 4-fosfato reagisce con un’altra molecola di xilulosio 5-fosfato formando fruttosio 6-fosfato (6C) e gliceraldeide 3-fosfato (3C) (Trasferimento di unità a 2 C dallo xilulosio 5-fosfato all’eritrosio 4- fosfato).
I prodotti finali sono 2 molecole di fruttosio 6P e una di gliceraldeide 3P.
Fig. 3 Schema delle reazioni non ossidative della via del pentoso fosfato
Controllo della via del pentoso fosfato
Il glucosio 6-fosfato è in comune tra la glicolisi e la via del pentoso fosfato.
L’ingresso del glucosio 6-fosfato nell’una o nell’altra via metabolica dipende dalle esigenze energetiche della cellula e dalle concentrazioni relative di NADP+ e NADPH.
Se nella cellula si stanno verificando biosintesi riduttive con consumo di NADPH, i livelli di NADP+ aumentano.
La glucosio 6P deidrogenasi, l’enzima chiave della via del pentoso fosfato, viene attivata allostericamente dal NADP+ e conseguentemente viene attivata la via del pentoso fosfato.
Se i livelli di NADP+ diminuiscono, la via del pentoso fosfato viene rallentata e di conseguenza il glucosio 6-fosfato viene utilizzato per la glicolisi.
Via del pentoso fosfato e stress ossidativo
Il NADPH prodotto dalla via del pentoso fosfato serve anche per mantenere il glutatione allo stato ridotto.
Il glutatione è un tripeptide formato da cisteina, glicina e acido glutammico (Glu-Cys-Gly) (Figura 4).
Il glutatione ridotto (GSH) si genera dal glutatione ossidato (GSSG) in seguito all’azione della glutatione reduttasi, il cui coenzima è il NADPH.
Il glutatione ridotto è un potente antiossidante e protegge le cellule dagli effetti negativi delle specie reattive dell’ossigeno (ROS).
I ROS causano:
- ossidazione proteine;
- ossidazione acidi nucleici;
- ossidazione lipidi di membrana.
Fig. 4 Il glutatione ridotto
Le lezioni del Corso
1. Struttura degli amminoacidi e legame peptidico
3. Proteine fibrose e proteine globulari (collageno e mioglobina)
4. Emoglobina e legame all'ossigeno
5. Proprietà generali degli enzimi e cinetica enzimatica
7. Regolazione dell'attività enzimatica
8. Coenzimi
9. Significato generale del metabolismo intermedio
10. Metabolismo dei carboidrati. Glicolisi e destino metabolico del...
12. Trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa
14. Gluconeogenesi
17. Sintesi degli acidi grassi
18. Metabolismo del colesterolo. Lipoproteine e trasporto dei lipid...
19. Principali reazioni del catabolismo delle proteine. Degradazion...
