RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO Dr. Marcelo Rodríguez Piñón (DMTV-MSc) Profesor Adjunto de Bioquímica CURSO DE BIOLOGIA MOLECULAR Y CELULAR Área Bioquímica Departamento de Biología Molecular y Celular Facultad de Veterinaria 2014

RUTA DE LAS PENTOSAS 1. Definición, funciones y localización 2. Fases (ramas) Oxidativa De reconversión de Pentosas 3. Reacciones 4. Balance 5. Regulación 6. Función Biológica

RUTA DE LAS PENTOSAS (Vía de las Pentosas o del Fosfogluconato) Ruta alternativa de oxidación de la Glucosa. Genera poder reductor en forma de NADPH para biosíntesis de Ácidos Grasos (AG) y Colesterol y para el Frank mantenimiento Dickens, de Bernard Glutatión reducido (GSH). Horecker, Fritz Lipmann y Efraím Racker, 1950s Produce Ribosa-5-Fosfato (R5P) para síntesis de Otto Warburg, 1930 Nucleótidos y Ácidos Nucleicos

RUTA DE LAS PENTOSAS (Vía de las Pentosas o del Fosfogluconato) Ruta alternativa de oxidación de la Glucosa. Genera poder reductor en forma de NADPH para biosíntesis de Ácidos Grasos (AG) y Colesterol y para el mantenimiento de Glutatión reducido (GSH). Produce Ribosa-5-Fosfato (R5P) para síntesis de Nucleótidos y Ácidos Nucleicos.

PIR Vía de las Pentosas NADPH + H + Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + GAP 1,3BPG 6PGluconato R5P CO 2 DNA-RNA NADPH + H + 3PG 2PG PEP

Ruta de las Pentosas Sustrato: Glucosa,6-Fosfato (G6P). Oxidante: Coenzima NADP +. Productos: NADPH + H + y Ribosa,5-Fosfato (R5P). Intermediarios que se reciclan o productos que alimentan la Glucólisis: Fructosa-6-Fosfato (F6P) y Gliceraldehido-3-Fosfato (GAP).

RUTA DE LAS PENTOSAS 1. Definición, funciones y localización 2. Fases Oxidativa De reconversión de Pentosas 3. Reacciones 4. Balance 5. Regulación 6. Función Biológica

RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO Funciones: 1. Producir poder reductor citosólico en forma de NADPH+H + para: síntesis de Ác. Grasos y esteroides. mantener el ambiente reductor citosólico (Glutatión reducido GSH). 2. Producir Ribosa 5-P para la síntesis de Nucleótidos y Ác. Nucleicos. 3. Reciclar los intermediarios F6P y GAP hacia la Glucólisis.

H + H H Estructura del NADPH + H + NAD + / NADH + H + = 700 / 1 NADP + / NADPH + H + = 0,014 / 1 O - O P O CH2 2 o - + N CONH 2 Ribosa Nicotinamida Vías Ox. (degradativas) NAD + Vías Red. (sintéticas) NADP + O N NH 2 N N N Adenina NADH+ H + NADPH+ H + - O P O CH 2 o O ATP O Ribosa O P O - O - Fosfato

Ruta de las Pentosas Localización tisular: Tejidos que tienen activa biosíntesis de AG y Colesterol: Hígado, tejido adiposo, glándula mamaria (en lactación), glándula adrenal y gónadas. Tejidos que necesitan mantener Glutatión reducido (GSH) contra formación de radicales libres oxidantes: Glóbulos rojos, ovocito, critalino. Tejidos que presentan activa proliferación y recambio celular: Médula ósea, mucosa intestinal, útero y glándula mamaria (en gestación).

Gomez-Sanchez E.P.,et al. Hexose-6-Phosphate Dehydrogenase and 11 beta-hydroxysteroid Dehydrogenase-1 Tissue Distribution in the Rat. Endocrinology, (2007). doi:10.1210/en.2007-0328. G6PDH por IHQ en rata hígado adiposo adrenal testículo cerebro

Ruta de las Pentosas Localización celular: Citosol: las enzimas participantes están distribuidas libremente. adiposo G6PDH por IHQ en rata Gomez-Sanchez E.P.,et al. Hexose-6-Phosphate Dehydrogenase and 11 beta-hydroxysteroid Dehydrogenase-1 Tissue Distribution in the Rat. Endocrinology, (2007). doi:10.1210/en.2007-0328.

PIR Vía de las Pentosas NADPH + H + FASE OXIDATIVA Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + GAP 1,3BPG 3PG 2PG 6PGluconato R5P CO 2 FASE DE RECONVERSIÓN DE PENTOSAS DNA-RNA NADPH + H + PEP

Fase Oxidativa H C OH NADP + NADPH+H+ COO - NADP + NADPH+H+ H C OH OH C H O H 2 O H C OH OH C H CO 2 CH 2 OH C O H C OH H C G6P Deshidrogenasa H C OH H C OH 6-P Gluconato Deshidrogenasa H C OH H C OH CH 2 OPO 3 2- G6P Gº = -4.2 Kcal/mol CH 2 OPO 3 2-6-P Gluconato CH 2 OPO 3 2- Ribulosa 5-P

1C 6C 5C 5C 2 x 5C 3C 6C 7C 4C 4C +5C 6C 5C

Ruta de las Pentosas ingresos - salidas 3 G6P 3 NADP + 3 NADPH+H + 3 H 2 O 3 6-P Gluconato 3 NADP + 3 NADPH+H + 3 CO 2 18 18 15 3 Ribulosa 5-P F. Ox.

PIR Vía de las Pentosas NADPH + H + Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + GAP 1,3BPG 3PG 2PG 6PGluconato R5P CO 2 FASE DE RECONVERSIÓN DE PENTOSAS DNA-RNA NADPH + H + PEP

Reacciones de epimerización e isomerización de la Ribulosa-5-P CH 2 OH C O 2/3 CH 2 OH 1/3 C O O C H H C OH OH C H H C OH epimerasa H C OH H C OH isomerasa H C OH H C OH CH 2 OPO 3 2- Xilulosa 5-P CH 2 OPO 3 2- Ribulosa 5-P CH 2 OPO 3 2- Ribosa 5-P

Ruta de las Pentosas ingresos - salidas 3 G6P 3 NADP + 3 NADPH+H + 3 H 2 O 3 6-P Gluconato 3 NADP + 3 NADPH+H + 3 CO 2 18 18 15 3 Ribulosa 5-P F. Ox. 6 F6P 6 3 F6P GAP 5 R5P 5 X5P 5 X5P 1/3 2/3 F. de Re Con Ver sión de Pento sas

Fase de reconversión de Pentosas enzimas 1. Transcetolasas: transfieren 2 C (TPP o Vit B 1 ) 2. Transaldolasas: transfieren 3C Dadores de C: cetosas Aceptores de C: aldosas

Sindr. Wernicke-Korsakoff Neuroimaging of the Wernicke-Korsakoff syndrome (2009). Sullivan EV and Pfefferbaum A. Alcohol Alcohol 44:155-65. La encefalopatía de Wernicke y la psicosis de Korsakoff's son el resultado de la deficiencia de Tiamina y su antededente mas frecuente es la dependencia crónica al alcohol. Signos cardinales: oftalmoplegia, nistagmo, ataxia, confusión y amnesia.

Ruta de las Pentosas ingresos - salidas 3 G6P 3 NADP + 3 NADPH+H + 3 H 2 O 3 6-P Gluconato 3 NADP + 3 NADPH+H + 3 CO 2 18 18 15 3 GAP Transaldo. F6P + 7 S7P 6 + 4 E4P F6P Transceto. Transceto. 6 3 + GAP 3 Ribulosa 5-P 5 R5P 5 X5P 5 X5P 1/3 2/3 F. Ox. F. de Re Con ver sión de Pento sas

1C 6C 5C 5C 2 x 5C 3C 6C 7C 4C 4C +5C 6C 5C

Ruta de las Pentosas: descripción Comprende 8 reacciones organizadas en 2 Fases: Fase oxidativa: comprende las 3 primeras reacciones, en las que la G6P se oxida y decarboxila para dar Pentosas, a expensas del NADP (oxidado) que se reduce a NADPH + H +. Enzimas: Deshidrogenasas específicas. Fase de reconversión de Pentosas: En las 5 últimas reacciones las Pentosas se reconvierten en cetosas y aldosas de 7C - 3C, 6C - 4C y 6C - 3C, para dar F6P y GAP. Enzimas: isomerasas, epimerasas, transcetolasas y transaldolasas.

Ruta de las Pentosas: descripción Interacciones con la Glucólisis: El sustrato del cual parte la Ruta de las Pentosas es G6P. Los Productos F6P y GAP, alimentan la Glucólisis. Igual a la Glucólisis Todos sus intermediarios son fosforilados. Diferente a la Glucólisis Produce CO 2. No produce ATP. Utiliza NADP +.

Ruta de las Pentosas Fase oxidativa 3 G6P + 6 NADP + + 3 H 2 O 3 Ribosa 5-P + 6 NADPH + 6 H + + 3 CO 2 Fase de reconversión de Pentosas 3 Ribosa 5-P 2 F6P + 1 GAP Global 3 G6P + 6 NADP + + 3 H 2 O 2 F6P + 1 GAP + 6 NADPH + 6 H + + 3 CO 2 18 C 12 C + 3 C + 3 C

Ruta de las Pentosas: Balances Generación de poder reductor citosólico: 3 G6P + 6 NADP + + 3 H 2 O 2 F6P + GAP + 6 NADPH + 6H + + 3 CO 2 Producción de R5P: 3 G6P + 6 NADP + + 3 H 2 O 3 R5P + 6 NADPH + 6H + + 3 CO 2 Oxidación total hasta CO 2 (se ha planteado que la Glucosa se puede oxidar totalmente hasta C0 2 dando 6 vueltas en la Ruta): G6P + 12 NADP + + 6 H 2 O 6 CO 2 + 12 NADPH + 12 H +

Ruta de las Pentosas: Regulación Reacción (1) es irreversible: ΔG o = - 4.2 Kcal/mol (espontánea o favorable). Enzima (1) Clave o reguladora: G6PDH (Glucosa,6-Fosfato Deshidrogenasa). La síntesis de G6PDH es estimulada por la Insulina. La G6PDH está regulada por el poder reductor: el NADP +, además de sustrato, es modulador alostérico positivo y el NADPH es inhibidor.

RUTA DE LAS PENTOSAS : REGULACIÓN 1. Fase Oxidativa: G6P deshidrogenasa 1) Por síntesis de E INSULINA 2) NADP + /NADPH+H + 2. Fase de reconversión de Pentosas 1) Por disponibilidad de SUSTRATOS Coordinación con otras vías: La Xil-5P estimula la síntesis de F2,6BP y de las enzimas participantes en la lipogénesis.

PIR Vía de las Pentosas NADPH + H + Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + Insulina GAP 1,3BPG 6PGluconato R5P CO 2 DNA-RNA NADPH + H + 3PG 2PG PEP

humble : modesto, sencillo, humilde.

Ruta de las Pentosas: Función Biológica I Aporte de NADPH + H + citosólico para biosíntesis de AG y Colesterol: Biosíntesis de AG: el Complejo AG Sintasa, gasta 2 NADPH por cada 2 C adicionados. Síntesis de colesterol a partir de AcetilCoA: El NADPH es usado en etapas intermedias, síntesis de mevaleno y escualeno. Tejidos que presentan activa biosíntesis de lípidos: Hígado, tejido Adiposo, glándula mamaria (en lactación), glándula adrenal y gónadas.

PIR Ruta de las Pentosas: Función Biológica I Glucosa 30% NADPH + H + de la Glc NADP en Hígado + NADP + DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + GAP 1,3BPG 6PGluconato R5P CO 2 NADPH + H + 3PG 2PG PEP

Ruta de las Pentosas: Función Biológica II Aporte de NADPH + H + citosólico para el mantenimiento del poder reductor citosólico (Glutatión reducido GSH): La vida media de los eritrocitos (120 días) disminuye si no se garantiza poder contrarrestar la liberación de radicales superóxido (O 2- ) y del peróxido de hidrógeno (H 2 0 2 ). Deficiencia de G6PDH: Anemia congénita, crónica o hemolítica aguda inducida (por primaquina, ciprofloxacina, etc). Tejidos que dependen del mantenimiento del Glutatión reducido GSH: Glóbulos rojos, ovocito, cristalino.

PIR Ruta de las Pentosas: Función Biológica II NADPH + H + Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + GAP 1,3BPG 6PGluconato R5P CO 2 NADPH + H + 3PG 2PG PEP

2 2

Ruta de las Pentosas: Función Biológica III Producción de R5P para biosíntesis de Nucleótidos y Ácidos Nucleicos (DNA-RNA). Producción de NADPH para formación de desoxinucleótidos. Tejidos en activa proliferación y recambio celular: Médula ósea, mucosa intestinal, útero y glándula mamaria (en gestación).

PIR Ruta de las Pentosas: Función Biológica III NADPH + H + Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + GAP 1,3BPG 6PGluconato R5P CO 2 DNA-RNA NADPH + H + 3PG 2PG PEP

PIR Ruta de las Pentosas: Función Biológica III Glucosa G6P DHAP F6P F1,6BP NAD + NADH+H + GAP 1,3BPG R5P 3PG 2PG PEP

Ruta de las Pentosas: Función Biológica IV Oxidación total de Glucosa hasta CO 2 Esta función es hipotética y no sería fisiológicamente posible, dado que implicaría un retorno o reversión de la Glucólisis (desde GAP y F6P hacia G6P).

PIR Ruta de las Pentosas: Función Biológica IV NADPH + H + Glucosa DHAP G6P F6P F1,6BP NAD + NADH+H + NADP + NADP + Insulina GAP 1,3BPG 6PGluconato R5P CO 2 NADPH + H + 3PG 2PG PEP

Ruta de las Pentosas: Función Biológica IV Oxidación total de Glucosa hasta CO 2 Esta función es hipotética y no es fisiológicamente posible, dado que implicaría un retorno o reversión de la Glucólisis (desde GAP y F6P hacia G6P), en tejidos que están sometidos a las acciones metabólicas de la Insulina (estímulo de la biosíntesis de lípidos y de la glucólisis) y la acción mitogénica de la Insulina (estímulo del crecimiento y de la proliferación celular).

FIN