LA VIA DEI PENTOSO FOSFATI

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1 LA VIA DEI PENTOSO FOSFATI Processo metabolico citosolico Sfrutta il glucosio per produrre ribosio 5-fosfato e equivalenti riducenti in forma di NADPH è la via con cui i pentosi introdotti con la dieta entrano nel metabolismo Ribosio 5-fosfato NADPH Sintesi di RNA, DNA, ATP, NAD +, NADP +, FAD, Coenzima A, Biosintesi di: ac. grassi, colesterolo, neurotrasmettitori, nucleotidi. Detossificazione: riduzione del glutatione ossidato; citocromo p450 monoossigenasi si realizza in due fasi: OSSIDATIVA (genera NADPH) NON-OSSIDATIVA (interconversione degli zuccheri)

2 Fase ossidativa: produce NADPH Glucosio-6-fosfato + 2 NADP + + H 2 O ribulosio 5-fosfato + 2 NADPH + CO 2 + 2H + Glucosio-6-fosfato deidrogenasi ossidazione del C-1 del G6P: formazione di un legame estere intramolecolare LEGAME ESTERE 5 1

3 H + 6-fosfogluconolattonasi idrolisi del legame estere NADP + 6-fosfo-gluconato deidrogenasi ossidazione del C-3 e decarbossilazione

4 La [NADP + ] ha un ruolo fondamentale nel determinare il destino del glucosio 6-fosfato se nella cellula la [NADPH] è molto maggiore della [NADP + ]: bassa attività degli enzimi della fase ossidativa della Via dei Pentoso-fosfati (manca l accettore di e - ) G6PDH GLICOLISI O SINTESI DEL GLICOGENO NADPH compete con NADP + per il sito attivo della Glucosio 6-fosfato deidrogenasi inibendo l enzima. il Glucosio 6-fosfato è indirizzato verso la glicolisi o la sintesi di glicogeno PENTOSO FOSFATI La produzione di NADPH è strettamente associata al suo utilizzo nelle reazioni di biosintesi (es.: sintesi degli acidi grassi)

5 Fosfopentoso isomerasi Ribosio 5-fosfato Se sono necessarie grandi quantità non solo di NADPH ma anche di ribosio 5-fosfato per la sintesi di nucleotidi il ribulosio 5-fosfato è isomerizzato a ribosio 5- fosfato nella fase nonossidativa Fase non ossidativa: rappresenta un raccordo con la glicolisi e con la gluconeogenesi

6 Ribulosio 5-fosfato epimerasi xilulosio 5-fosfato isomerasi Ribosio 5-fosfato transchetolasi Gliceraldeide 3-P transchetolasi Sedoeptulosio 7-P (zucchero a 7 atomi di carbonio) Fruttosio 6-P transaldolasi Eritrosio 4-P Gliceraldeide 3-P Fruttosio 6-P Sono utilizzati come intermedi della glicolisi o della gluconeogenesi: il Glucosio 6-fosfato rigenerato con la gluconeogenesi può essere utilizzato per alimentare di nuovo la via dei pentoso-p sono tutte reazioni REVERSIBILI che collegano la via dei pentoso-fosfati alla glicolisi/gluconeogenesi e vicerversa

7 La via dei pentoso-fosfati è versatile e può avere diverse finalità GLICOLISI glucosio 6-P fruttosio 6-P REAZIONI INVERSE DELLA FASE NON-OSSIDATIVA fruttosio 1,6-bis-P Diidrossiacetone fosfato Gliceraldeide 3-P Fabbisogno di Ribosio 5-P maggiore rispetto a quello di NADPH: - la glicolisi è dominante rispetto alla via dei pentoso-p, - una buona parte della gliceraldeide 3-P e del Fruttosio 6-P prodotti nella glicolisi sono utilizzati per produrre ribosio 5-P con le REAZIONI INVERSE DELLA FASE NON-OSSIDATIVA Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

8 glucosio 6-P 2NADP + 2NADPH REAZIONI DELLA FASE OSSIDATIVA Ribulosio 5-P Fabbisogno equivalente di Ribosio 5-P e di NADPH: - il glucosio 6-P è preferibilmente usato nella via dei pentoso fosfati piuttosto che nella glicolisi. - Viene eseguita più volte la fase ossidativa della via dei pentoso fosfati, a cui segue la conversione del ribulosio 5-P in ribosio 5-P Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

9 GLUCONEOGENESI Diidrossiacetone fosfato glucosio 6-P fruttosio 6-P fruttosio 1,6-bis-P 2NADP + 2NADPH Gliceraldeide 3-P ribulosio 5-P ribosio 5-P Fabbisogno di NADPH maggiore rispetto a quello di Ribosio 5-P: - la via dei pentoso-fosfati avviene completamente producendo NADPH, gliceraldeide 3-P e fruttosio 6-P - la gliceraldeide 3-P e il fruttosio 6-P sono riciclati nella GLUCONEOGENESI per produrre glucosio 6-P (fegato). -Il glucosio 6-P prodotto rientra nella via dei pentoso fosfati per produrre altro NADPH OGNI 6 MOLECOLE DI GLUCOSIO 6-FOSFATO CHE VENGONO OSSIDATE NELLA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI, SE NE RIPRODUCONO 5 CON LA GLUCONEOGENESI Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

10 Fabbisogno equivalente di NADPH e di ATP: - il glucosio 6-fosfato è destinato alla fase OSSIDATIVA della via dei pentoso fosfati. - viene prodotto NADPH - vengono prodotti fruttosio 6-P e gliceraldeide 3-P attraverso la via NON-OSSIDATIVA - viene effettuata la seconda parte della GLICOLISI che produce ATP e PIRUVATO. Diidrossiacetone fosfato glucosio 6-P fruttosio 6-P fruttosio 1,6-bis-P GLICOLISI 2NADP + 2NADPH Gliceraldeide 3-P PIRUVATO 2 ATP ribulosio 5-P ribosio 5-P Tymoczko et al. Principi di Biochimca. Zanichelli editore S.p.A 2010

11 Non tutte le cellule hanno le stesse esigenze di NADPH e ribosio 5- fosfato, es.: fegato, tessuto adiposo, ghiandole mammarie che mantengono attiva un intensa biosintesi di acidi grassi hanno necessità di grandi quantitativi di NADPH; cellule che si riproducono molto velocemente hanno necessità di grandi quantità di ribosio 5-fosfato. TESSUTI IN CUI E ATTIVA LA VIA DEI PENTOSO-FOSFATI Ghiandola surrenale Fegato Ovaio/Testicoli Tessuto adiposo Ghiandola Mammaria Eritrociti, cristallino, cornea sintesi steroidi sintesi ac. grassi e colesterolo sintesi steroidi sintesi ac. grassi sintesi ac. grassi mantenimento del glutatione ridotto

12 SISTEMA DI PROTEZIONE DAI ROS GLUTATIONE-DIPENDENTE Glutatione (GSH): tripeptide, sequestra agenti ossidanti, protegge le cellule da danni causati da elevate concentrazioni di perossidi, ha un importantissima azione intra- e extra-cellulare di difesa dallo stress ossidativo Legame isopeptido fra il γ-cooh del glutammato e l α-nh 2 della cisteina α β γ GLUTATIONE (GSH) ridotto

13 Dimerizza per ossidazione GLUTATIONE (GSH) RIDOTTO γ-glutammilcsteinil-glicina 2e, 2H + Ponte disolfuro GLUTATIONE (GSSG) OSSIDATO

14 SPECIE REATTIVE DELL OSSIGENO (ROS) = a basse concentrazioni sono continuamente prodotte e continuamente degradate MITOCONDRIALE Patologie (infiammatorie, infettive, neurodegenerative), trattamenti farmacologici, alcuni alimenti, smog, fumo, alcool, invecchiamento possono causare produzione anomala di ROS che provocano: PEROSSIDAZIONE LIPIDICA ACCUMULI DI AGGREGATI COVALENTI DI LIPIDI AUMENTO PERMEABILITA DELLA MEMBRANA OSSIDAZIONE DI PROTEINE FRAMMENTAZIONE DI PROTEINE AGGREGAZIONE DI PROTEINE MUTAZIONI A CARICO DEL DNA NUCLEARE E

15 Ciclo redox del glutatione. Anione superossido 4 O - 2 SOD Superossido dismutasi 2O 2 + 2H 2 O 2 4H + Deve essere ridotto 2H 2 O + O 2 È importante mantenere nella cellula il glutatione nello stato ridotto GSH, perché possa rispondere all aumentato livello dei perossidi 2x GSH GPx Glutatione perossidasi: trasferisce 2 e - dal GSH all H 2 O 2 IL GSH SI OSSIDA A GSSG Glutatione reduttasi: trasferisce al GSSG 2 e - e 1 H + provenienti dal NADPH, e 1 H + dal mezzo, GR + H + GSSG NADPH NADP + PER MANTENERE IL GSH RIDOTTO HO BISOGNO DI NADPH

16 IL CICLO REDOX DEL GSH/GSSG e ubiquitario e può essere sia mitocondriale che citosolico Mitocondrio NADH Citoplasma Via dei pentoso-fosfati NADPH + H + NADP + NAD + NADP + /NADH Trans-Idrogenasi Enzima della membrana mitocondriale interna NADP + NADPH + H + Glucosio 6-fosfato G6PDH 6-fosfo-D- Glucono-δ-lattone

17 La carenza di glucosio 6-fosfato deidrogenasi (G6PDH) può causare anemia emolitica in condizioni di stress ossidativo perché gli eritrociti non producono abbastanza NADPH per mantenere il glutatione nel suo stato ridotto il sistema GSH/GSSG abbassa il livello di meta-hb. il sistema GSH/GSSG mantiene nello stato ridotto i gruppi sulfidrilici (-SH) della emoglobina, In condizioni di stress ossidativo si possono formare derivati ossidati delle cisteine e ponti disolfuro fra molecole di Hb, che causano la formazione di grossi aggregati insolubili (Corpi di Heinz) che si depositano sulla membrana eritrocitaria deformandola e danneggiandola e insieme all azione dei ROS causano ANEMIA EMOLITICA, ITTERIZIA, INSUFFICIENA RENALE. Il deficit genetico di G6PDH si manifesta quando l individuo che ne è affetto è esposto a condizioni di STRESS OSSIDATIVO: - Ingestione di fave >>> DIVICINA, sostanza tossica che provoca produzione di ROS - Assunzione di sulfammidici o farmaci antimalarici >>> producono ROS - Erbicidi