A via da pentose fosfato, também conhecida como desvio de hexose monofosfato, é uma via metabólica fundamental cujo produto final são as riboses, necessárias para as vias de síntese de nucleotídeos e ácido nucleico, como DNA, RNA, ATP, NADH, FAD e coenzima A.
Também produz NADPH (nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato), usado em várias reações enzimáticas. Esta via é muito dinâmica e capaz de adaptar seus produtos em função das necessidades momentâneas das células.
O ATP (trifosfato de adenosina) é considerado a "moeda de energia" da célula, pois sua hidrólise pode ser acoplada a uma ampla gama de reações bioquímicas.
Da mesma forma, o NADPH é uma segunda moeda energética essencial para a síntese redutiva de ácidos graxos, síntese de colesterol, síntese de neurotransmissores, fotossíntese e reações de desintoxicação, entre outras.
Embora o NADPH e o NADH sejam semelhantes em estrutura, eles não podem ser usados indistintamente em reações bioquímicas. O NADPH participa da utilização da energia livre na oxidação de certos metabólitos para a biossíntese redutora.
Em contraste, o NADH está envolvido na utilização da energia livre da oxidação de metabólitos para sintetizar ATP.
História e localização
Os indícios da existência desse caminho começaram em 1930, graças ao pesquisador Otto Warburg, a quem se atribui a descoberta do NADP +.
Certas observações permitiram a descoberta da via, principalmente a continuação da respiração na presença de inibidores da glicólise, como o íon fluoreto.
Então, em 1950, os cientistas Frank Dickens, Bernard Horecker, Fritz Lipmann e Efraim Racker descreveram a via das pentoses fosfato.
Os tecidos envolvidos na síntese de colesterol e ácidos graxos, como as glândulas mamárias, tecido adiposo e rins, possuem altas concentrações de enzimas pentose fosfato.
O fígado também é um tecido importante para essa via: aproximadamente 30% da oxidação da glicose nesse tecido ocorre graças às enzimas da via da pentose fosfato.
Recursos
A via da pentose fosfato é responsável por manter a homeostase do carbono na célula. Da mesma forma, a via sintetiza os precursores de nucleotídeos e moléculas envolvidas na síntese de aminoácidos (os blocos de construção de peptídeos e proteínas).
É a principal fonte de poder redutor das reações enzimáticas. Além disso, fornece as moléculas necessárias para reações anabólicas e para processos de defesa contra o estresse oxidativo. A última fase da via é crítica nos processos redox em situações de estresse.
Fases
A via da pentose fosfato consiste em duas fases no citosol celular: uma oxidativa, que gera o NADPH com a oxidação da glicose-6-fosfato a ribose-5-fosfato; e um não oxidativo, que envolve a interconversão de três, quatro, cinco, seis e sete açúcares de carbono.
Esta rota apresenta reações compartilhadas com o ciclo de Calvin e com a via Entner - Doudoroff, que é uma alternativa à glicólise.
Fase oxidativa
A fase oxidativa começa com a desidrogenação da molécula de glicose-6-fosfato no carbono 1. Essa reação é catalisada pela enzima glicose-6-fosfato desidrogenase, que possui alta especificidade para NADP +.
O produto desta reação é 6-fosfonoglucon-δ-lactona. Este produto é então hidrolisado pela enzima lactonase para dar 6-fosfogluconato. Este último composto é absorvido pela enzima 6-fosfogluconato desidrogenase e torna-se ribulose 5-fosfato.
A enzima fosfopentose isomerase catalisa a etapa final da fase oxidativa, que envolve a síntese da ribose 5-fosfato pela isomerização da ribulose 5-fosfato.
Essa série de reações produz duas moléculas de NADPH e uma molécula de ribose 5-fosfato para cada molécula de glicose 6-fosfato que entra nessa via enzimática.
Em algumas células, os requisitos para NADPH são maiores do que para ribose 5-fosfato. Portanto, as enzimas transcetolase e transaldolase pegam a ribose 5-fosfato e a convertem em gliceraldeído 3-fosfato e frutose 6-fosfato, dando lugar à fase não oxidativa. Esses dois últimos compostos podem entrar na via glicolítica.
Fase não oxidativa
A fase começa com uma reação de epimerização catalisada pela enzima pentose-5-fosfato epimerase. Ribulose-5-fosfato é captado por esta enzima e convertido em xilulose-5-fosfato.
O produto é absorvido pela enzima transcetolase que atua junto com a coenzima tiamina pirofosfato (TTP), que catalisa a passagem de xilulose-5-fosfato para ribose-5-fosfato. Com a transferência da cetose para a aldose, são produzidos o gliceraldeído-3-fosfato e a sedoheptulose-7-fosfato.
A enzima transaldolase então transfere o C3 da molécula de sedoheptulose-7-fosfato para o gliceraldeído-3-fosfato, produzindo um açúcar de quatro carbonos (eritrose-4-fosfato) e um açúcar de seis carbonos (frutose-6 -fosfato). Esses produtos são capazes de alimentar a via glicolítica.
A enzima transcetosa atua novamente para transferir um C2 de xilulose-5-fosfato para eritrose-4-fosfato, resultando em frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato. Como na etapa anterior, esses produtos podem entrar na glicólise.
Esta segunda fase conecta as vias que geram NADPH com aquelas responsáveis por sintetizar ATP e NADH. Além disso, os produtos frutose-6-fosfato e gliceraldeído-3-fosfato podem entrar na gliconeogênese.
Doenças relacionadas
Diferentes patologias estão relacionadas à via das pentoses fosfato, entre essas doenças neuromusculares e diferentes tipos de câncer.
A maioria dos estudos clínicos concentra-se na quantificação da atividade da glicose-6-fosfato desidrogenase, por ser a principal enzima responsável por regular a via.
Em células do sangue de indivíduos suscetíveis à anemia, apresentam baixa atividade enzimática da glicose-6-fosfato desidrogenase. Em contraste, as linhas celulares relacionadas com carcinomas na laringe exibem alta atividade enzimática.
O NADPH está envolvido na produção de glutationa, uma molécula de peptídeo chave na proteção contra espécies reativas de oxigênio, envolvidas no estresse oxidativo.
Diferentes tipos de câncer levam à ativação da via das pentoses e estão associados a processos de metástase, angiogênese e respostas aos tratamentos de quimioterapia e radioterapia.
Por outro lado, a doença granulomatosa crônica se desenvolve quando há deficiência na produção de NADPH.
Referências
- Berg, JM, Tymoczko, JL, Stryer, L (2002). Bioquímica. WH Freeman
- Konagaya, M., Konagaya, Y., Horikawa, H., & Iida, M. (1990). Via da pentose fosfato em doenças neuromusculares - avaliação da glicose 6 muscular - atividade da fosfato desidrogenase e conteúdo de RNA. Rinsho shinkeigak. Clinical neurology, 30 (10), 1078-1083.
- Kowalik, MA, Columbano, A., & Perra, A. (2017). Papel emergente da via das pentoses fosfato no carcinoma hepatocelular. Frontiers in oncology, 7, 87.
- Patra, KC, & Hay, N. (2014). A via das pentoses fosfato e câncer. Trends in bioochemical sciences, 39 (8), 347-354.
- Stincone, A., Prigione, A., Cramer, T., Wamelink, M., Campbell, K., Cheung, E.,… & Keller, MA (2015). O retorno do metabolismo: bioquímica e fisiologia da via das pentose fosfato. Biological Reviews, 90 (3), 927–963.
- Voet, D., & Voet, JG (2013). Bioquímica. Editor Artmed.