ما هو مسار فوسفات البنتوز (PPP)
يعد مسار فوسفات البنتوز هو المصدر الرئيسي لـ NADPH المطلوب لعمليات الابتنائية ، هناك ثلاث مراحل متميزة لكل منها نتيجة مميز ، اعتمادًا على احتياجات الكائن الحي ، يمكن تغذية مستقلبات تلك النتيجة في العديد من المسارات الأخرى. يرتبط استحداث السكر مباشرة بمسار فوسفات البنتوز ، مع زيادة الحاجة إلى الجلوكوز 6 فوسفات المستقلب الأول في مسار فوسفات البنتوز، يزداد نشاط استحداث السكر.
ما هي أهمية مسار فوسفات البنتوز
- يتم استخراج الجزيء الرئيسي في الجسم الذي يجعل عمليات الابتنائية ممكنة هو NADPH ، بسبب بنية هذا الجزيء ، فإنه يتبرع بسهولة بأيونات الهيدروجين إلى المستقلبات وبالتالي تقليلها وجعلها متاحة لحصاد الطاقة في وقت لاحق ، ويعتبر PPP هو المصدر الرئيسي لتوليف NADPH.
- مسار فوسفات البنتوز (PPP) مسؤول أيضًا عن إنتاج ريبوز -5-فوسفات وهو جزء مهم من الأحماض النووية.
- يمكن أيضًا استخدام PPP لإنتاج glyceraldehyde-3-phosphate والذي يمكن بعد ذلك إدخاله في دورات TCA و ETC مما يسمح بحصاد الطاقة.
- اعتمادًا على احتياجات الخلية ، يمكن تنظيم بعض الإنزيمات وبالتالي زيادة أو تقليل إنتاج المستقلبات المطلوبة.
- توجد الإنزيمات المعقولة لتحفيز خطوات PPP بكثرة في الكبد (الموقع الرئيسي لتكوين السكر) بشكل أكثر تحديدًا في العصارة الخلوية , وتعتبر العصارة الخلوية هي المكان الذي يحدث فيه تخليق الأحماض الدهنية وهي عملية تعتمد على NADPH.
- وقد ثبت أن PPP هو المنظم الرئيسي للتوازن الخلوي والاختزال (الأكسدة) والتخليق الحيوي.
- تفيد التقارير أن الإنزيمات الموجودة في PPP تلعب أدوارًا مهمة في العديد من الأمراض التي تصيب الإنسان.
- يعد PPP أمرًا بالغ الأهمية للوقاية من السرطان وعلاجه لأن NADPH و R5P يلعبان أدوارًا مهمة في تنظيم استجابة تلف الحمض النووي ، والتمثيل الغذائي ، والانتشار في الخلايا السرطانية ، ثبت أن العديد من الإنزيمات الموجودة في PPP هي أهداف محتملة في علاج السرطان ، لا تعمل هذه البروتينات كإنزيمات أيضية فحسب ، بل تشارك أيضًا تنظيم الأنشطة الخلوية الأخرى.
- يعتبر R5P الوسيط في PPP هو مقدمة للتخليق الحيوي للنيوكليوتيدات ، وهو أمر ضروري لتكرار الحمض النووي وإصلاح تلف الحمض النووي.
- G6PD و 6PGD هما الإنزيمان الموجودان في PPP اللذان يحفزان التفاعلات لإنتاج NADPH، وعلى الرغم من أن TKT في PPP غير المؤكسد لا يحفز بشكل مباشر تكوين NADPH ، فقد كشفت دراسة حديثة عن دورها في تنظيم مستويات NADPH و R5P الخلوية من خلال موازنة التدفق بين تحلل السكر و PPP ، لذلك ، فإن G6PD و 6PGD و TKT أهداف واعدة في PPP للوقاية والعلاج من أمراض التمثيل الغذائي والسرطان ، فهو يساعد من الحد من مسببات الاجهاد التأكسدي.
ماذا يحدث في مسار فوسفات البنتوز
على غرار بعض العمليات في التنفس الخلوي ، فإن الجزيئات التي تمر عبر مسار فوسفات البنتوز تتكون في الغالب من الكربون. أسهل طريقة لفهم هذا المسار هي اتباع الكربون.
يوفر تكسير السكر البسيط ، الجلوكوز ، في تحلل السكر أول جزيء 6 كربون مطلوب لمسار فوسفات البنتوز ، خلال الخطوة الأولى من تحلل الجلوكوز ، يتم تحويل الجلوكوز عن طريق إضافة مجموعة فوسفات ، مما يؤدي إلى توليد الجلوكوز 6 فوسفات ، وهو جزيء 6 كربون آخر.
يمكن أن يستخدم مسار فوسفات البنتوز أي جزيئات متاحة من الجلوكوز 6 فوسفات ، سواء تم إنتاجها عن طريق تحلل السكر أو طرق أخرى.
خطوات مسار فوسفات البنتوز
يتم من مسار فوسفات البنتوز على مرحلتين أساسيتين وهما: المرحلة المؤكسدة ، والمرحلة غير المؤكسدة وكل مرحلة تتم على عدة خطوات سوف نطرحها فيما يلى:
المرحلة المؤكسدة
تأتي الكلمة “المؤكسدة” لهذه المرحلة من عملية الأكسدة ، الأكسدة هي انهيار الجزيء لأنه يفقد واحدًا على الأقل من إلكتروناته ، وتتكون هذه المرحلة من خطوتين لا رجعة فيهما:
الخطوة الأولى
يتأكسد الجلوكوز 6 فوسفات ليشكل اللاكتون ، يتم إنتاج NADPH كمنتج ثانوي لهذا التفاعل مثل NADP^ + + ثم يتم تقليله حيث يتأكسد الجلوكوز 6 فوسفات ، بعد أكسدة الجلوكوز 6 فوسفات ، يحدث تفاعل آخر ، محفز بواسطة إنزيم مختلف ، يستخدم الماء لتشكيل 6-فوسفوجلوكونات ، المنتج الخطي.
يشبه NADPH في التركيب والوظيفة مكوك الإلكترون عالي الطاقة ، NADH.
ويحتوي NADPH على مجموعة فوسفات مضافة ويستخدم في الخلية للتبرع بإلكتروناتها ، تمامًا مثل NADH ، بمجرد أن يتبرع NADPH بإلكتروناته ، يُقال أنه يتأكسد (الأكسدة = فقدان الإلكترونات) ويُرمز إليه الآن باسم NADP^ + +
وغالبًا ما يستخدم NADPH في التفاعلات التي تبني الجزيئات وتحدث بتركيز عالٍ في الخلية ، بحيث تكون متاحة بسهولة لهذه الأنواع من التفاعلات.
الخطوة الثانية
بعد ذلك ، تتم إزالة الكربون (المشقوق) وثاني أكسيد الكربون_2 ، ويتم إطلاق سراحه ، مرة أخرى ، يتم استخدام الإلكترونات المنبعثة من هذا الانقسام لتقليل NADP^ + + ، ويسمى هذا الجزيء الجديد المكون من 5 كربون “ريبولوز-5-فوسفات”.
المرحلة الغير مؤكسدة
إن المرحلة غير المؤكسدة مفيدة حقًا لأن هذه التفاعلات قابلة للعكس ، يسمح هذا للجزيئات المختلفة بدخول مسار فوسفات البنتوز في مناطق مختلفة من المرحلة غير المؤكسدة وتحويلها حتى الجزيء الأول من الطور غير المؤكسد (ريبولوز-5-فوسفات). Ribulose-5-phosphate هو مقدمة للسكر الذي يتكون من DNA و RNA ، وهو أيضًا منتج لمرحلة الأكسدة.
الخطوة الثالثة
يمكن تحويل ريبولوز -5-فوسفات إلى جزئين مختلفين من 5-كربون ، أحدهما هو السكر المستخدم في تكوين الحمض النووي والحمض النووي الريبي ويسمى ريبوز -5-فوسفات وهذا هو الجزيء الذي سنركز عليه ، لا يتم تقسيم ريبولوز -5-فوسفات لأن عدد الكربون هو نفسه في الخطوة التالية.
الخطوة الرابعة
تتكون بقية الدورة الآن من خيارات مختلفة تعتمد على احتياجات الخلية ، يتم دمج ريبوز -5-فوسفات من الخطوة 3 مع جزيء آخر من ريبوز -5-فوسفات لعمل جزيء 10-كربون.
يتم تحويل الزائدة ريبوز -5-فوسفات ، والتي قد لا تكون ضرورية للتخليق الحيوي للنيوكليوتيدات ، إلى سكريات أخرى يمكن أن تستخدمها الخلية لعملية التمثيل الغذائي.
يتم تحويل جزيء 10 كربون فيما بينها لإنشاء جزيء 3 كربون وجزيء 7 كربون ، يمكن شحن المنتج ثلاثي الكربون إلى تحلل السكر إذا احتاج إلى ذلك ، ومع ذلك ، تذكر أنه يمكننا أيضًا العودة إلى جزيء آخر في هذه المرحلة ، بحيث يمكن أيضًا شحن جزيء 3-كربون من تحلل السكر وتحويله إلى ريبوز-5-فوسفات لإنتاج الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي.
الخطوة الخامسة
جزيء 3-كربون وجزيء 7-كربون ، من التحويل البيني أعلاه في الخطوة 4 ، يتحولان مرة أخرى لإنشاء جزيء 4 كربون جديد وجزيء 6 كربون. جزيء 4-كربون هو مقدمة للأحماض الأمينية ، بينما يمكن استخدام جزيء 6-كربون في تحلل السكر. يمكن أن يحدث نفس عكس الخطوات في الخطوة أربعة هنا أيضًا.
مكان حدوث مسار فوسفات البنتوز
يحدث مسار فوسفات البنتوز في العصارة الخلوية للخلية ، وهو نفس موقع تحلل السكر ، المنتجان الأكثر أهمية من هذه العملية هما سكر الريبوز 5-فوسفات المستخدم في صنع الحمض النووي الريبي النووي والحمض النووي الريبي ، وجزيئات NADPH التي تساعد في بناء الجزيئات الأخرى.
