La via del pentosio fosfato

La via del
pentosio fosfato
• La tappa di comando della via dei pentoso fosfato è
catalizzata dalla glucosio-6-fosfato-deidrogenasi,
che è controllata dai livelli di NADP
• La capacità degli enzimi di questa via di distinguere
tra NADH che viene usato principalmente nel
metabolismo energetico e NADPH permette una
regolazione indipendente del metabolismo e della
biosintesi energetica
Enzima estremamente specifico per il NADP+,
Molte cellule necessitano di NADPH
per le biosintesi riduttive
più di quanto necessitano di Ribosio 5-fosfato
da utilizzare
per la biosintesi di nucleotidi ed acidi nucleici.
In questi casi
Le cellule convertono
il Ribulosio 5-fosfato
in Fruttosio 6-fosfato e Gliceraldeide 3-fosfato
Con l’ausilio degli enzimi
Transchetolasi e Transaldolasi
che creano, in questo modo,
un collegamento reversibile
tra la via del pentoso fosfato e la glicolisi.
La reazione complessiva della via dei Pentoso Fosfato è:
3G6F + 6NADPH+ + 3H2O
6NADPH + 6H+ + 3CO2 + 2F6G + GAP
Glicolisi
Glicolisi
Fase ossidativa
3
3
6
+ 3H2O
6
+ 6H+
+ 3 CO2
In questa prima fase vengono sintetizzate 2 molecole
di NADPH per ogni molecola di G6P che entra nella via
• La transchetolasi trasferisce una unità bicarboniosa al sito dell’anello
tiazolico del coenzima, la tiamina pirofosfato
• l’atomo di carbonio C-2 del TPP legato si ionizza facilmente per dare
un carbanione
• Il risultante composto di addizione rilascia ilprodotto aldosico e si
forma una unità di gliceraldeide attivata
La transaldolasi trasferisce una unità tricarboniosa
Una seconda reazione
transchetolasica porta alla
formazione di una molecola
di gliceraldeide e una
seconda molecola di
fruttosio-6-fosfato
La via dei pentoso e
la glicolisi sono
collegate dalla
transchetolasi e
dalla transaldolasi
Meccanismo della Transchetolasi
La struttura ai raggi X dell’enzima dimerico mostra che la TPP si
lega in una profonda fessura localizzata tra le subunità , in modo
che residui amminoacidici appartenenti ad entrambe la subunità
partecipino al suo legame, proprio come avviene per la piruvato
carbossilasi (un altro enzima TPP-dipendente).
Il risultato netto di queste reazioni
è la formazione
di due esosi (fruttosio 6-fosfato) e
di un trioso (gliceraldeide 3-fosfato)
a partire da tre pentosi.
Il Ribosio 5-fosfato
non è un costituente ematico fondamentale,
di conseguenza
Tessuti ed organi
devono provvedere da soli a procurarselo
per soddisfare le loro necessità
relative alla sintesi di nucleotidi e di acidi nucleici.
SIGNIFICATODELLA VIA DEI PENTOSO
FOSFATO
E’ un’importante via per la produzione del potere
riducente in forma di NADPH(H+) necessario per
sostenere gran parte dei processi biosintetici del:
1. colesterolo
2. acido tetraidrofolico
3. sintesi degli acidi grassi
Il NADH è ossidato nella catena respiratoria per
produrre ATP, mentre il NADPH funge da donatore
di elettroni e idrogeno nelle reazioni biosintetiche
riduttive
Gli enzimi coinvolti sono localizzati nel citosol, ciò
indica che le ossidazioni che ne fanno parte non
sono dipendenti dai mitocondri o dal ciclo degli acidi
carbossilici
• Un’altra funzione importante è quella di convertire
gli esosi in pentosi in particolare il RIBOSIO-5FOSFATO poiché i suoi derivati sono componenti del
DNA, RNA, ATP, CoA, NAD, e FAD
• la disponibilità nel citoplasma di NAD e rispettivamente
di NADP+ stimola il flusso di glucosio-6- fosfato nella
glicolisi e rispettivamente nel ciclo dei pentoso-fosfato
Via dei pentosi fosfato
E’ attiva nel
Fegato, Tessuto adiposo, Corteccia surrenale,
Tiroide, Eritrociti, Testicoli e
Ghiandola mammaria in allattamento.
La sua attività è ridotta nel Muscolo scheletrico
perché in questo tessuto vi è solo
una piccola quantità di G6PDH .
Nonostante ciò, il muscolo scheletrico è capace ugualmente
di produrre R5P, giacchè utilizza per lo scopo
le reazioni inverse della fase non ossidativa.
La glucosio-6-fosfato-deidrogenasi
• è l’attività di questo enzima che impone
il ritmo all’intera via
• l’attività di questo enzima aumenta
considerevolmente in seguito ad
ingestione di glucidi con la dieta
• viene inibita da un aumento del rapporto
NADPH(H+)/NADP+ e disinibita dal
glutatione ridotto
• l’utilizzazione del glucosio nel ciclo dei
pentoso è accentuata da uno stato di anossia
• la mancanza di ossigeno impedisce
l’utilizzazione ossidativa del piruvato e
induce un accumulo di intermedi glicolitici
• il glucosio-6-fosfato è così forzato
nella via dei pentoso e l’accumulo di
NADPH(H+) conseguente accentua la
biosintesi degli acidi grassi
FAVISMO o DEFICIT DI
GLUCOSIO-6-FOSFATO-DEIDROGENASI
(G6PD)
Deficienza di glucosio-6-fosfatodeidrogenasi FAVISMO
• esistono più di 50 varianti genetiche
• la diminuita produzione di NADPH(H+)
facilita la trasformazione dell’emoglobina
(Fe2+) in metaemoglobina e si traduce in
una deficienza di glutatione ridotto (G-SH)
• il G-SH si forma a spese del
NADPH(H+)
NADPH(H+) + GS-SH
NADP++ 2 G-SH
• una deficienza di G-SH consente ai
processi perossidativi una più intensa
azione deleteria, con lisi del globulo
rosso e conseguente anemia
DEFICIT DI
GLUCOSIO-6-FOSFATO-DEIDROGENASI
mutazioni → enzima “labile” (T½
13 gg. )
↓ difese antiossidanti del GR
(x insuff. formazione di NADPH →
↓GSH)
in condizioni di stress ossidativo
(farmaci, fave, infezioni)…
→ossidazione dell’Hb e delle
proteine di membrana
→Emolisi intravascolare →
emoglobinuria
DEFICIT DI
GLUCOSIO-6-FOSFATO-DEIDROGENASI
Gene localizzato sul cromosoma X (colpisce sopr. i maschi)
Comune nella razza Nera e nell’area Mediterranea
Le cellule con concentrazioni ridotte di Glucosio 6-fosfato
sono particolarmente sensibili allo stress ossidativo.
Questo stress è più accentuato
negli eritrociti
poiché essi, essendo privi di mitocondri,
non hanno mezzi alternativi
per generare potere riducente
e, quindi, per mantenere normale
la struttura degli eritrociti ed
il ferro della Hb nello stato Fe++.
La carenza di glucosio 6-fosfato deidrogenasi
causa
un’anemia emolitica indotta da PRIMACHINA
un farmaco antimalarico che in alcuni pazienti sviluppava
entro alcuni giorni dall’inizio della terapia, una grave
sintomatologia:
- urina di colore nero,
- ittero,
- Rapida diminuzione del contenuto di emoglobina nel sangue.
Questo difetto, che viene ereditato sul cromosoma X,
è l’ENZIMOPATIA più frequente,
poichè colpisce centinaia di milioni di individui.
E’ evidente che le reazioni atipiche ai farmaci possono avere una base genetica!
Vicia faba
I semi della fava,
una leguminosa mediterranea,
contengono
il glicoside purinico
“Primachina”
In assenza della G6PDH i gruppi sulfidrilici
dell’emoglobina non possono più essere mantenuti
nella forma ridotta, quindi, le molecole di Hb creano
legami crociati l’una con l’altra formando aggregati
molecolari detti CORPI di HEINZ.
Le membrane danneggiate da questi aggregati e
dalle specie reattive dell’ossigeno (ROS) si
deformano e tendono a subire la lisi.
La carenza di G6PDH in assenza di stress
ossidativo è piuttosto benigna.
Eritrociti con corpi di Heinz
Relazioni
esistenti tra la
glicolisi e la via
del pentosio
fossfato