Via dei pentoso fosfati - biochimica

La via dei pentoso fosfati, o ciclo dei pentoso fosfati, è un ciclo metabolico che avviene nel citoplasma di diverse cellule.

Questa via metabolica può essere definita ciclica poiché i prodotti della reazione, in base alle esigenze, possono essere trasformati e introdotti nuovamente nel ciclo.

La prima parte della via, definita fase ossidativa, è formata da una serie di reazioni che ossidano il glucosio-6-fosfato a ribosio-5-fosfato, uno zucchero basilare per la sintesi dei nucleotidi. Nella seconda fase, definita non ossidativa, avviene l'epimerizzazione e l'isomerizzazione del ribosio-5-fosfato che produce, alla fine, fruttosio-6-fosfato e gliceraldeide-3-fosfato. Il fruttosio-6-fosfato è facilmente interconvertito in glucosio-6-fosfato attraverso l'enzima fosfofruttosio isomerasi e il ciclo, a seguito di questo evento, può continuare.

La fase ossidativa

Nella fase ossidativa della via dei pentoso fosfati si assiste alla ossidazione del glucosio-6-fosfato per formare ribosio-5-fosfato.

Reazione 1: Deidrogenazione del glucosio fosfato.

Reagente: Glucosio-6-fosfato
Prodotto: 6-fosfoglucono-delta-lattone
Tipo di reazione: Deidrogenazione
Enzima coinvolto: Glucosio-6-fosfato-deidrogenasi
Cofattore: Mg⁺⁺

Nella prima reazione avviene la deidrogenazione del glucosio-6-fosfato operata dall'enzima glucosio-6-fosfato deidrogenasi in compartecipazione del catalizzatore Mg. Il prodotto finale di questa prima reazione è il 6-fosfoglucono-delta-lattone, un carboidrato facente parte della famiglia dei lattoni ovvero composti ciclici caratteristici della funzionalità chetonica aventi, ulteriormente, una funzionalità eterea all'interno dell'anello.

Reazione 2: Idrolisi del 6-fosfoglucono-delta-lattone.

Reagente: 6-fosfoglucono-delta-lattone
Prodotto: 6-fosfogluconato
Tipo di reazione: Idrolisi
Enzima coinvolto: Lattonasi
Cofattore: Mg⁺⁺

Il 6-fosfoglucono-delta-lattone è idrolizzato a 6-fosfogluconato, una molecola a sei atomi di carbonio, per opera dell'enzima lattonasi. Interviene in questa reazione il catalizzatore magnesio.

Reazione 3: Deidrogenazione del 6-fosfogluconato per sintetizzare Ribulosio-5-fosfato

Reagente: 6-fosfogluconato
Prodotto: Ribulosio-5-fosfato
Tipo di reazione: Deidrogenazione
Enzima coinvolto: 6-fosfogluconato-deidrogenasi
Cofattore: Mg⁺⁺

Nella terza reazione della via dei pentoso fosfati, si assiste alla deidrogenazione del 6-fosfogluconato da parte dell'enzima 6-fosfogluconato-deidrogenasi. Si sintetizza lo zucchero a cinque atomi di carbonio ribulosio-5-fosfato

La reazione produce un riarrangiamento a livello del substrato che determina una decarbossilazione del fosfogluconato. La riduzione del NADP⁺ avviene in questo step.

Reazione 4: Isomerizzazione del 6-fosfogluconato.

Reagente: Ribulosio-5-fosfato
Prodotto: Ribosio-5-fosfato
Tipo di reazione: Isomerizzazione reversibile
Enzima coinvolto: Fosfopentosio isomerasi
Cofattore: Nessuno

Nella ultima reazione della parte ossidativa avviene una isomerizzazione del ribulosio-5-fosfato in ribosio-5-fosfato. La reazione è reversibile.

Dalla reazione, la cellula ricava lo zucchero contenuto sia nell'ATP sian nell'RNA. La via dei pentoso fosfati è, dunque, una via metabolica essenziale per la funzionalità della cellula.

La fase non ossidativa

Nella fase non ossidativa della via metabolica dei pentoso fosfati avvengono diverse reazioni che hanno lo scopo di produrre NAD ridotto.

Reazione 5: attività transchetolasica

Reagenti: Ribosio-5-fosfato, Xilulosio-5-fosfato
Prodotto: Sedoeptulosio-7-fosfato, Gliceraldeide-3-fosfato
Tipo di reazione: Transchetolazione
Enzima coinvolto: Transchetolasi
Cofattore: Nessuno

Nella prima reazione non ossidativa, il ribosio-5-fosfato reagisce con lo xilulosio-5-fosfato mediante l'azione dell'enzima transchetolasi che, a sua volta, è coadiuvato dalla tiamina. La reazione produce sedoeptulosio-7-fosfato e gliceraldeide tre fosfato. Lo xilulosio-5-fosfato è l'epimero del ribulosio-5-fosfato.

Reazione 6: attività transaldolasica

Reagenti: Sedoeptulosio-7-fosfato, Gliceraldeide-3-fosfato
Prodotto: Fruttosio-6-fosfato, Eritrosio-4-fosfato
Tipo di reazione: Transaldolasica
Enzima coinvolto: Transaldolasi
Cofattore: Nessuno

Nella seconda reazione non ossidativa, il sedoeptulosio-7-fosfato reagisce con la gliceraldeide-3-fosfato per mezzo dell'enzima transaldolasi. Si forma il fruttosio-6-fosfato e l'eritrosio-4-fosfato mediante una reazione reversibile che può formare i reagenti di partenza

Reazione 7: formazione del fruttosio-6-fosfato

Reagenti: Eritrosio-4-fosfato, Xilulosio-5-fosfato
Prodotto: Fruttosio-6-fosfato, Gliceraldeide-3-fosfato
Tipo di reazione: Transchetolasi
Enzima coinvolto: Transchetolasi
Cofattore: Nessuno

L'ultima reazione della via dei pentoso fosfati porta alla transchetolazione degli zuccheri eritrosio-4-fosfato e xilulosio-5-fosfato mediante l'enzima transchetolasi, che è coadiuvato dalla tiamina, per formare fruttosio-6-fosfatoo e gliceraldeide-3-fosfato.

Bilancio energetico globale

La via dei pentoso fosfati ha due scopi. Nella parte ossidativa la cellula sintetizza il ribosio-5-fosfato, precursore dei nucleotidi, mentre nella parte non ossidativa avvengono delle trasformazioni che rimettono in ciclo il fruttosio-6-fosfato, convertito facilmente in glucosio-6-fosfato. Questa seconda parte avviene perlopiù quando la cellula, e di conseguenza il tessuto, si trova in uno stato di maggiore necessità di potere riducente sotto forma di NADPH rispetto alla richiesta dello zucchero ribosio-6-fosfato.

Regolazione della via dei pentoso fosfati

La via dei pentoso fosfati è finemente regolata. L'enzima di controllo è il glucosio-6-fosfato deidrogenasi che è fortemente inibito dalla presenza di NADPH; per quanto riguarda la posizione è da osservare che, al pari di altre vie metaboliche, l'enzima si trova"monte" di tutte le reazioni. In altre parole, se in un determinato momento la cellula possiede un buon quantitativo di NADPH, l'enzima non è attivo e - di conseguenza -, la via dei pentoso fosfati si blocca.