اهمية مسار فوسفات البنتوز
ما هو مسار فوسفات البنتوز (PPP)
يعد مسار فوسفات البنتوز هو المصدر الرئيسي لـ NADPH الذي يحتاجه لعمليات البناء، وهناك ثلاث مراحل متميزة لكل منها تؤدي إلى نتيجة مميزة، وذلك يعتمد على احتياجات الكائن الحي. يمكن توجيه مستقبلات تلك النتيجة إلى العديد من المسارات الأخرى. يرتبط تشكيل السكر مباشرة بمسار فوسفات البنتوز، ومع زيادة الحاجة إلى جلوكوز 6 فوسفات كأول مستقلب في مسار فوسفات البنتوز، يزداد نشاط تشكيل السكر.
ما هي أهمية مسار فوسفات البنتوز
- يتم إستخلاص الجزيء الرئيسي في الجسم الذي يجعل عمليات البناء ممكنة هو NADPH، بسبب تركيب هذا الجزيء، فإنه يتبرع بسهولة بأيونات الهيدروجين للمستقبلات وبالتالي يقللها ويجعلها متاحة للاستخدام في استخلاص الطاقة في وقت لاحق، وتعتبر مسار البناء البديل مصدرا رئيسيا لإنتاج NADPH.
- يلعب مسار فوسفات البنتوز دورًا مهمًا في إنتاج ريبوز-5-فوسفات، وهو جزء أساسي من الأحماض النووية.
- يمكن استخدام PPP أيضًا لإنتاج glyceraldehyde-3-phosphate، الذي يمكن بعد ذلك إدخاله في دورات TCA و ETC مما يسمح بحصاد الطاقة.
- يمكن تنظيم بعض الإنزيمات وزيادة أو تقليل إنتاج المستقلبات المطلوبة بناءً على احتياجات الخلية.
- تتوفر الإنزيمات المحفزة لخطوات PPP بكميات كبيرة في الكبد (الموقع الرئيسي لتصنيع السكر) وبشكل أكثر تحديدا في السيتوبلازم، ويتم في السيتوبلازم تخليق الأحماض الدهنية وهذه العملية تعتمد على NADPH.
- ثبت أن PPP هو المنظم الرئيسي للتوازن الخلوي والتخليق الحيوي وعملية الأكسدة
- حسب التقارير، تلعب الإنزيمات الموجودة في PPP أدوارًا هامة 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.
- يعد R5P المتوسط في مسار PPP مهمًا لتخليق النوكليوتيدات بشكل حيوي، وهو أمر ضروري لتكرار الحمض النووي وإصلاح التلف الحاصل فيه.
- G6PD و 6PGD هما الإنزيمان الموجودان في PPP واللذان 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 في الحد من مسببات الاجهاد التأكسدي.
ماذا يحدث في مسار فوسفات البنتوز
تتكون الجزيئات التي تمر عبر مسار فوسفات البنتوز في الغالب من الكربون، وهذا مشابه لبعض عمليات التنفس الخلوي. ويمكن فهم هذا المسار بسهولة عن طريق متابعة الكربون.
يعمل تكسير السكر البسيط، الجلوكوز، على تفكيك السكر لأول جزيء من 6 كربون المطلوب في مسار فوسفات البنتوز. وفي الخطوة الأولى من تفكيك الجلوكوز، يتم تحويل الجلوكوز بإضافة مجموعةفوسفات، مما يؤدي إلى تكوين الجلوكوز 6 فوسفات الذي يتكون من جزيء آخر من 6 كربون.
يمكن استخدام مسار فوسفات البنتوز لأي جزيئات متاحة من الجلوكوز 6 فوسفات، سواء تم إنتاجها عن طريق تحليل السكر أو بطرق أخرى.
خطوات مسار فوسفات البنتوز
يتم من مسار فوسفات البنتوز على مرحلتين أساسيتين وهما: تتكون كل من المرحلة المؤكسدة والمرحلة غير المؤكسدة من عدة خطوات، وسنوضحها فيما يلي:
المرحلة المؤكسدة
تأتي كلمة `المؤكسدة` في هذه المرحلة من عملية الأكسدة، والأكسدة هي انهيار جزيء لأنه يفقد إلكترونًا واحدًا على الأقل، وتتألف هذه المرحلة من خطوتين لا رجعة فيهما:
الخطوة الأولى
يتم تأكسد الجلوكوز 6 فوسفات لتشكيل اللاكتون، ويتم إنتاج NADPH كمنتج ثانوي لهذا التفاعل، ويتم تقليله بعد ذلك. يحدث تفاعل آخر بعد أكسدة الجلوكوز 6 فوسفات وهو محفز بواسطة إنزيم مختلف، حيث يتم استخدام الماء لتشكيل 6-فوسفوجلوكونات وهو المنتج النهائي.
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^ + +
يتم استخدام NADPH عادة في التفاعلات التي تبني الجزيئات والتي تحدث بتركيز عالٍ في الخلية، لتكون 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
تعتبر المرحلة غير المؤكسدة مفيدة حقا لأن هذه التفاعلات يمكن عكسها. وهذا يسمح للجزيئات المختلفة بالاندماج في مسار فوسفات الريبوز في أجزاء مختلفة من المرحلة غير المؤكسدة وتحويلها إلى الجزيء الأول في المرحلة غير المؤكسدة (ريبولوز-5-فوسفات). الريبولوز-5-فوسفات هو مادة أولية للسكر الموجود في الحمض النووي والرايبونيوكليوتيد، وهو أيضا منتج في مرحلة التأكسد.
الخطوة الثالثة
يمكن تقسيم ريبولوز-5-فوسفات إلى جزيئين مختلفين من الكربون الخماسي، واحد منهما هو السكر المستخدم في تركيب الحمض النووي والحمض النووي الريبي ويسمى ريبوز-5-فوسفات، وهذا هو الجزيء الذي سنركز عليه، ولا يتم تقسيم ريبولوز-5-فوسفات لأن عدد الكربون يبقى ثابتًا في الخطوة التالية.
الخطوة الرابعة
تتألف المرحلة المتبقية من دورة الاستنساخ من خيارات مختلفة تعتمد على احتياجات الخلية، حيث يتم دمج جزيء ريبوز-5-فوسفات من الخطوة 3 مع جزيء آخر من ريبوز-5-فوسفات لإنتاج جزيء 10-كربون.
يتم تحويل ريبوز -5-فوسفات الزائدة، التي قد لا تكون ضرورية لتخليق النيوكليوتيدات الحيوية، إلى سكريات أخرى يمكن للخلية استخدامها في عمليات التمثيل الغذائي.
تتم عملية تحويل جزيء 10 كربون إلى جزيء 3 كربون وجزيء 7 كربون بالتفاعل بينهما. يمكن شحن المنتج الثلاثي الكربون للتحلل السكري إذا لزم الأمر. ومع ذلك، يجب أن نتذكر أنه يمكننا أيضا العودة إلى جزيء آخر في هذه المرحلة، حيث يمكن شحن جزيء 3-كربون أيضا من تحلل السكر وتحويله إلى ريبوز-5-فوسفات لإنتاج حمض الرايبو النووي وحمض الرايبو النووي.
الخطوة الخامسة
جزيء 3-كربون وجزيء 7-كربون من التحويل البيني في الخطوة 4 يتحولان مرة أخرى لإنشاء جزيء 4 كربون جديد وجزيء 6 كربون. ويمثل جزيء 4-كربون مقدمة لللأحماض الأمينية، بينما يُمكن استخدام جزيء 6-كربون في تحلل السكر. ويُمكن حدوث العملية المعاكسة لهذه الخطوات في الخطوة الرابعة كذلك.
مكان حدوث مسار فوسفات البنتوز
يحدث مسار فوسفات البنتوز في العصارة الخلوية للخلية، وهو نفس الموقع الذي يحدث فيه تحلل السكر. والمنتجان الأكثر أهمية من هذه العملية هما سكر الريبوز 5-فوسفات، الذي يستخدم في صنع الحمض النووي الريبي النووي والحمض النووي الريبي، وجزيئات NADPH التي تساعد في بناء جزيئات أخرى.