Voies du pentose: phases et maladies connexes

La voie du pentose phosphate, également connue sous le nom de déviation des hexoses monophosphate, est une voie métabolique fondamentale dans laquelle les ribosomes constituent le produit final nécessaire aux voies de synthèse des nucléotides et des acides nucléiques, telles que l'ADN, l'ARN, l'ATP, le NADH. FAD et coenzyme A.

Elle produit également du NADPH (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate), utilisé dans diverses réactions enzymatiques. Cette voie est très dynamique et capable d’adapter ses produits en fonction des besoins momentanés des cellules.

L'ATP (adénosine triphosphate) est considérée comme la "devise énergétique" de la cellule, car son hydrolyse peut être couplée à un large éventail de réactions biochimiques.

De même, le NADPH est une deuxième monnaie énergétique essentielle pour la synthèse réductrice des acides gras, la synthèse du cholestérol, la synthèse des neurotransmetteurs, la photosynthèse et les réactions de détoxification, entre autres.

Bien que la structure du NADPH et du NADH soit similaire, ils ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable dans les réactions biochimiques. NADPH participe à l'utilisation d'énergie libre dans l'oxydation de certains métabolites pour la biosynthèse réductive.

En revanche, NADH est impliqué dans l'utilisation de l'énergie libre issue de l'oxydation de métabolites pour synthétiser l'ATP.

Histoire et localisation

La preuve de l'existence de cette route a commencé en 1930 grâce au chercheur Otto Warburg, à qui la découverte du NADP + a été attribuée.

Certaines observations ont permis la découverte de la voie, notamment la poursuite de la respiration en présence d'inhibiteurs de la glycolyse, tels que l'ion fluorure.

Puis, en 1950, les scientifiques Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann et Efraim Racker ont décrit la voie du phosphate pentose.

Les tissus impliqués dans la synthèse du cholestérol et des acides gras, tels que les glandes mammaires, le tissu adipeux et les reins, ont une concentration élevée en enzymes de pentose phosphate.

Le foie est également un tissu important pour cette voie: environ 30% de l'oxydation du glucose dans ce tissu se produit grâce aux enzymes de la voie du pentose phosphate.

Fonctions

La voie du pentose phosphate est responsable du maintien de l'homéostasie du carbone dans la cellule. De même, la voie synthétise les précurseurs de nucléotides et de molécules impliquées dans la synthèse des acides aminés (les blocs structurels de peptides et de protéines).

C'est la principale source de pouvoir réducteur pour les réactions enzymatiques. De plus, il fournit les molécules nécessaires aux réactions anaboliques et aux processus de défense contre le stress oxydatif. La dernière phase de la voie est critique dans les processus redox dans des situations de stress.

Les phases

La voie du pentose phosphate comprend deux phases dans le cytosol cellulaire: une phase oxydative, qui génère du NADPH avec l’oxydation du glucose-6-phosphate en ribose-5-phosphate; et un non oxydant, qui implique l’interconversion des sucres à trois, quatre, cinq, six et sept atomes de carbone.

Cette voie présente des réactions partagées avec le cycle de Calvin et la voie Entner-Doudoroff, une alternative à la glycolyse.

Phase oxydative

La phase oxydative commence par la déshydrogénation de la molécule de glucose-6-phosphate sur le carbone 1. Cette réaction est catalysée par l'enzyme glucose-6-phosphate déshydrogénase, qui présente une haute spécificité pour le NADP +.

Le produit de cette réaction est la 6-phosphonoglucono-δ-lactone. Ensuite, ce produit est hydrolysé par l'enzyme lactonase pour donner le 6-phosphogluconate. Ce dernier composé est absorbé par l'enzyme 6-phosphogluconate déshydrogénase et devient le ribulose 5-phosphate.

L'enzyme phosphopentose isomérase catalyse l'étape finale de la phase d'oxydation, qui implique la synthèse du ribose 5-phosphate par l'isomérisation du ribulose 5-phosphate.

Cette série de réactions produit deux molécules de NADPH et une molécule de ribose 5-phosphate par molécule de glucose 6-phosphate entrant dans cette voie enzymatique.

Dans certaines cellules, les besoins en NADPH sont supérieurs à ceux du ribose 5-phosphate. Par conséquent, les enzymes transcétolase et transaldolase prennent le ribose 5-phosphate et le convertissent en glycéraldéhyde 3-phosphate et en fructose 6-phosphate, pour aboutir à la phase non oxydante. Ces deux derniers composés peuvent entrer dans la voie glycolytique.

Phase non oxydante

La phase commence par une réaction d'épimérisation catalysée par l'enzyme pentose-5-phosphate épimérase. Le ribulose-5-phosphate est repris par cette enzyme et converti en xylulose-5-phosphate.

Le produit est absorbé par l'enzyme transcétolase qui agit conjointement avec la coenzyme thiamine pyrophosphate (TTP), qui catalyse le passage du xylulose-5-phosphate en ribose-5-phosphate. Avec le transfert de cétose en aldose, du glycéraldéhyde-3-phosphate et du sédoheptulose-7-phosphate sont produits.

Ensuite, l'enzyme transaldolase transfère le C3 de la molécule de sedoheptulose-7-phosphate en glycéraldéhyde-3-phosphate, qui produit un sucre à quatre carbones (érythrose-4-phosphate) et un sucre à six carbones (fructose-6). -Phosphate). Ces produits sont capables d’alimenter la voie glycolytique.

L'enzyme transketosala agit à nouveau pour transférer un C2 du xylulose-5-phosphate sur l'érythrose-4-phosphate, ce qui donne du fructose-6-phosphate et du glycéraldéhyde-3-phosphate. Comme à l'étape précédente, ces produits peuvent entrer en glycolyse.

Cette deuxième phase connecte les voies qui génèrent le NADPH avec les responsables de la synthèse de l’ATP et du NADH. De plus, les produits fructose-6-phosphate et glycéraldéhyde-3-phosphate peuvent entrer dans la gluconéogenèse.

Maladies connexes

Différentes pathologies sont liées à la voie du pentose phosphate, entre ces maladies neuromusculaires et différents types de cancer.

La plupart des études cliniques se concentrent sur la quantification de l'activité de la glucose-6-phosphate déshydrogénase, car il s'agit de la principale enzyme responsable de la régulation de la voie.

Dans les cellules sanguines appartenant à des individus susceptibles à l'anémie, elles ont une faible activité enzymatique de la glucose-6-phosphate déshydrogénase. En revanche, les lignées cellulaires associées aux carcinomes du larynx présentent une activité enzymatique élevée.

NADPH est impliqué dans la production de glutathion, une molécule peptidique clé dans la protection contre les espèces réactives de l'oxygène, impliquée dans le stress oxydatif.

Différents types de cancer conduisent à l'activation de la voie des pentoses et sont associés à des processus de métastases, d'angiogenèse et de réponses à des traitements de chimiothérapie et de radiothérapie.

Par ailleurs, la maladie granulomateuse chronique se développe lorsque la production de NADPH est déficiente.