مسار فوسفات البنتوز

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

مسار فوسفات البنتوز

مسار فوسفات البنتوز (يُسمى أيضًا مسار فوسفوجلوكونات أو تحويلة أحادي فوسفات الهكسوز أو تحويلة HMP ) هو مسار أيضي موازٍ لعملية تحلل الجلوكوز . [ 1 ] يُنتج هذا المسار NADPH وخماسيات ( سكريات خماسية الكربون ) بالإضافة إلى ريبوز 5-فوسفات ، وهو طليعة لتخليق النيوكليوتيدات . [ 1 ] على الرغم من أن مسار فوسفات البنتوز يتضمن أكسدة الجلوكوز ، إلا أن دوره الأساسي هو بناء الجلوكوز وليس هدمه . يُعد هذا المسار بالغ الأهمية في خلايا الدم الحمراء (كريات الدم الحمراء). وقد تم توضيح تفاعلات هذا المسار في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي على يد برنارد هوريكر وزملاؤه. [ 2 ] [ 3 ]

تتألف هذه العملية من مرحلتين متميزتين. الأولى هي المرحلة التأكسدية ، حيث يتم إنتاج NADPH، والثانية هي التخليق غير التأكسدي للسكريات الخماسية الكربون. في معظم الكائنات الحية، تحدث عملية مسار فوسفات البنتوز في السيتوسول ؛ أما في النباتات، فتحدث معظم الخطوات في البلاستيدات . [ 4 ]

على غرار عملية تحلل الجلوكوز ، يبدو أن مسار فوسفات البنتوز له أصل تطوري قديم جدًا. تُحفز تفاعلات هذا المسار في الغالب بواسطة الإنزيمات في الخلايا الحديثة، إلا أنها تحدث أيضًا بشكل غير إنزيمي في ظروف تحاكي ظروف محيط العصر الأركي ، وتُحفز بواسطة أيونات المعادن ، وخاصة أيونات الحديدوز (Fe(II)). [ 5 ] يشير هذا إلى أن أصول هذا المسار قد تعود إلى عالم ما قبل الحياة.

حصيلة

تتمثل النتائج الرئيسية لهذا المسار فيما يلي:

أما الأحماض الأمينية العطرية، فهي بدورها مواد أولية للعديد من المسارات الحيوية، بما في ذلك اللجنين الموجود في الخشب.

قد يتم استقلاب سكريات البنتوز الغذائية المشتقة من هضم الأحماض النووية من خلال مسار فوسفات البنتوز، وقد يتم تحويل الهياكل الكربونية للكربوهيدرات الغذائية إلى وسائط تحلل الجلوكوز / استحداث الجلوكوز.

في الثدييات، يحدث مسار الفوسفات الخماسي حصراً في السيتوبلازم. أما في البشر، فيُلاحظ أنه أكثر نشاطاً في الكبد والغدد الثديية وقشرة الغدة الكظرية. يُعدّ مسار الفوسفات الخماسي أحد الطرق الرئيسية الثلاث التي ينتج بها الجسم جزيئات ذات قدرة اختزالية ، حيث يُشكّل ما يقارب 60% من إنتاج NADPH في البشر.

من استخدامات NADPH في الخلية منع الإجهاد التأكسدي . فهو يُختزل الجلوتاثيون عبر إنزيم مختزلة الجلوتاثيون ، الذي يُحوّل بيروكسيد الهيدروجين التفاعلي (H₂O₂ ) إلى ماء (H₂O ) بواسطة إنزيم بيروكسيداز الجلوتاثيون. في حال غيابه، يتحول بيروكسيد الهيدروجين إلى جذور حرة هيدروكسيلية عبر تفاعل فنتون ، والتي بدورها تُهاجم الخلية. على سبيل المثال، تُنتج كريات الدم الحمراء كمية كبيرة من NADPH عبر مسار فوسفات البنتوز لاستخدامها في اختزال الجلوتاثيون.

يتم توليد بيروكسيد الهيدروجين أيضًا للخلايا البلعمية في عملية يشار إليها غالبًا باسم الانفجار التنفسي . [ 6 ]

المراحل

المرحلة التأكسدية

في هذه المرحلة، يتم اختزال جزيئين من NADP + إلى NADPH ، باستخدام الطاقة الناتجة عن تحويل الجلوكوز-6-فوسفات إلى ريبولوز 5-فوسفات .

المرحلة التأكسدية لمسار فوسفات البنتوز. جلوكوز-6-فوسفات  ( 1 )،  6-فوسفوجلوكونو-δ-لاكتون  ( 2 )،  6-فوسفوجلوكونات  ( 3 )،  ريبولوز  5-فوسفات  ( 4 )

يمكن تلخيص مجموعة ردود الفعل بأكملها على النحو التالي:

المواد المتفاعلةمنتجاتإنزيموصف
جلوكوز 6-فوسفات + NADP+→ 6-فوسفوجلوكونو-δ-لاكتون + NADPHنازعة هيدروجين الجلوكوز 6-فوسفاتنزع الهيدروجين . يتحول الهيدروكسيل الموجود على الكربون 1 من الجلوكوز 6-فوسفات إلى كربونيل، مما يؤدي إلى تكوين لاكتون، وفي هذه العملية يتم توليد NADPH .
6 - فوسفوجلوكونو-δ-لاكتون + H₂O→ 6-فوسفوجلوكونات + H +6-فوسفوجلوكونولاكتونازالتحلل المائي
6-فوسفوجلوكونات + NADP +→ ريبولوز 5-فوسفات + NADPH + CO2نازعة هيدروجين 6-فوسفوجلوكوناتإزالة الكربوكسيل التأكسدية . NADP + هو مستقبل الإلكترون، مما يؤدي إلى توليد جزيء آخر من NADPH ، و CO 2 ، وريبولوز 5-فوسفات .

التفاعل العام لهذه العملية هو:

جلوكوز 6-فوسفات + 2 NADP + + H 2 O → ريبولوز 5-فوسفات + 2 NADPH + 2 H + + CO 2

المرحلة غير المؤكسدة

المرحلة غير المؤكسدة من مسار فوسفات البنتوز
المواد المتفاعلةمنتجاتالإنزيمات
ريبولوز 5-فوسفات→ ريبوز 5-فوسفاتإنزيم ريبوز-5-فوسفات إيزوميراز
ريبولوز 5-فوسفات→ زيلولوز 5-فوسفاتإنزيم ريبولوز 5-فوسفات 3-إيبيميراز
زيلولوز 5-فوسفات + ريبوز 5-فوسفات→ جليسرالدهيد 3-فوسفات + سيدوهيبتولوز 7-فوسفاتترانسكيتولاز
سيدوهيبتولوز 7-فوسفات + جليسرالدهيد 3-فوسفات→ إريثروس 4-فوسفات + فركتوز 6-فوسفاتترانس ألدولاز
زيلولوز 5-فوسفات + إريثروس 4-فوسفات→ جليسرالدهيد 3-فوسفات + فركتوز 6-فوسفاتترانسكيتولاز

التفاعل الكلي: 3 ريبولوز-5-فوسفات → 1 ريبوز-5-فوسفات + 2 زيلولوز-5-فوسفات → 2 فركتوز-6-فوسفات + جليسرالدهيد-3-فوسفات

أنظمة

إنزيم نازع هيدروجين الجلوكوز-6-فوسفات هو الإنزيم المُتحكم في معدل هذا المسار . يُحفز هذا الإنزيم بشكل غير مباشر بواسطة NADP + ، ويُثبط بشدة بواسطة NADPH . [ 7 ] تُعد نسبة NADPH:NADP + هي آلية التنظيم الأساسية لهذا الإنزيم، وتكون عادةً حوالي 100:1 في سيتوسول الكبد . هذا يجعل السيتوسول بيئة مُختزلة للغاية. يُنتج مسار استخدام NADPH جزيء NADP + ، الذي يُحفز إنزيم نازع هيدروجين الجلوكوز-6-فوسفات لإنتاج المزيد من NADPH. كما يُثبط أسيتيل مرافق الإنزيم أ هذه الخطوة أيضًا .

يتم تنظيم نشاط إنزيم G6PD أيضًا بعد الترجمة بواسطة إنزيم نازع الأسيتيل السيتوبلازمي SIRT2 . يحفز نزع الأسيتيل وتنشيط إنزيم G6PD بواسطة SIRT2 الفرع التأكسدي من مسار الفوسفات الخماسي لتوفير NADPH السيتوبلازمي لمواجهة الضرر التأكسدي أو دعم عملية تكوين الدهون من الصفر . [ 8 ] [ 9 ]

كريات الدم الحمراء

لوحظ وجود عدة حالات نقص في مستوى نشاط (وليس وظيفة) إنزيم نازع هيدروجين الجلوكوز-6-فوسفات مرتبطة بمقاومة طفيل الملاريا المتصورة المنجلية لدى الأفراد المنحدرين من أصول متوسطية وأفريقية. قد يكون أساس هذه المقاومة هو ضعف غشاء خلايا الدم الحمراء (الخلايا الحمراء هي الخلية المضيفة للطفيل) بحيث لا تستطيع الحفاظ على دورة حياة الطفيل لفترة كافية لنموه الفعال. [ 10 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 الفاروق، ك. أ.، أحمد، س. ب.، إليوت، ر. ل.، وآخرون  . (2020). " ديناميكيات مسار فوسفات البنتوز في السرطان واعتمادها على الرقم الهيدروجيني داخل الخلايا" . الأيضات . 10 : 285. doi : 10.3390/metabo10070285 . PMC 7407102. PMID 32664469 .  
  2. ↑ هوريكر، ب. ل.، سميرنيوتيس، ب. ز.، سيغميلر، ج. إ. (1951). "التحويل الإنزيمي لـ 6-فوسفوجلوكونات إلى ريبولوز-5-فوسفات وريبوز-5-فوسفات" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 193 (1): 383-396 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 . PMID 14907726 . 
  3. ↑ هوريكر، ب. ل. (2002). "مسار فوسفات البنتوز" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 277 (50): 47965-47971 . doi : 10.1074/jbc.X200007200 . PMID 12403765 . 
  4. ↑ كروجر، ن. ج.، وفون شاوين، أ. (يونيو 2003). "مسار فوسفات البنتوز التأكسدي: البنية والتنظيم". الرأي الحالي في بيولوجيا النبات . 6 (3): 236-246 . Bibcode : 2003COPB....6..236K . doi : 10.1016/S1369-5266(03)00039-6 . PMID 12753973 . 
  5. ↑ كيلر إم إيه، تورتشين إيه في، رالسر إم (25 أبريل 2014). "التحلل السكري غير الإنزيمي وتفاعلات شبيهة بمسار فوسفات البنتوز في محيط أركي محتمل" . بيولوجيا الأنظمة الجزيئية . 10 (4): 725. doi : 10.1002/msb.20145228 . PMC 4023395. PMID 24771084 .  
  6. ↑ علم المناعة في كلية الطب بجامعة جورجيا 1/علم السموم الخلوية
  7. ^ فويت دونالد ، فويت جوديث جي (2011). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الرابعة). جون وايلي وأولاده. ص. 894. ردمك   978-0-470-57095-1.
  8. ↑ وانغ واي بي، تشو إل إس، تشاو واي زد، وانغ إس دبليو، تشين إل إل، ليو إل إكس، لينغ زد كيو، هو إف جيه، صن واي بي، تشانغ جيه واي، يانغ سي، يانغ واي، شيونغ واي، غوان كيه إل، يي دي (يونيو 2014). " تنظيم أستلة G6PD بواسطة SIRT2 وKAT9 يُعدّل توازن NADPH وبقاء الخلية أثناء الإجهاد التأكسدي" . مجلة EMBO . 33 (12): 1304-20 . doi : 10.1002/embj.201387224 . PMC 4194121. PMID 24769394 .  
  9. ↑ Xu SN, Wang TS, Li X, Wang YP (سبتمبر 2016). "ينشط SIRT2 إنزيم G6PD لتعزيز إنتاج NADPH وتحفيز تكاثر خلايا سرطان الدم" . Sci Rep . 6 32734. Bibcode : 2016NatSR...632734X . doi : 10.1038/srep32734 . PMC 5009355. PMID 27586085 .  
  10. ↑ كابادورو م، جيريبالدي ج، أوبراين إي، وآخرون (أكتوبر 1998). "قد يُفسر البلعمة المبكرة لكريات الدم الحمراء المصابة بطفيلي المتصورة المنجلية (Plasmodium falciparum) والتي تعاني من نقص إنزيم نازعة هيدروجين الجلوكوز-6-فوسفات (G6PD) الحماية من الملاريا في حالة نقص G6PD" . مجلة الدم . 92 (7): 2527-34 . doi : 10.1182/blood.V92.7.2527 . PMID 9746794 .