VOIES DE LA PENTOSE: PHASES ET MALADIES ASSOCIÉES - LA BIOLOGIE - 2025

La voie du pentose phosphate, également connue sous le nom de détournement de l'hexose monophosphate, est une voie métabolique fondamentale dont le produit final est les riboses, nécessaires aux voies de synthèse des nucléotides et des acides nucléiques, telles que l'ADN, l'ARN, l'ATP, le NADH, FAD et coenzyme A.

Il 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 considéré comme la «monnaie énergétique» de la cellule, car son hydrolyse peut être couplée à un large éventail de réactions biochimiques.

De même, le NADPH est une seconde 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 le NADPH et le NADH aient une structure similaire, ils ne peuvent pas être utilisés de manière interchangeable dans des réactions biochimiques. Le NADPH participe à l'utilisation de l'énergie libre dans l'oxydation de certains métabolites pour la biosynthèse réductrice.

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

Histoire et localisation

Les indications de l'existence de cette voie ont commencé en 1930 grâce au chercheur Otto Warburg, à qui on attribue la découverte du NADP ⁺.

Certaines observations ont permis de découvrir la voie, en particulier la poursuite de la respiration en présence d'inhibiteurs de la glycolyse, comme l'ion fluorure.

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

Les tissus impliqués dans la synthèse du cholestérol et des acides gras, tels que les glandes mammaires, le tissu adipeux et les reins, ont des concentrations élevées d'enzymes 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.

Caractéristiques

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

C'est la principale source de pouvoir réducteur des 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 se compose de 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 de trois, quatre, cinq, six et sept sucres de carbone.

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

Phase oxydante

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

Le produit de cette réaction est la 6-phosphonoglucon-δ-lactone. Ce produit est ensuite hydrolysé par l'enzyme lactonase pour donner du 6-phosphogluconate. Ce dernier composé est repris par l'enzyme 6-phosphogluconate déshydrogénase et devient le ribulose 5-phosphate.

L'enzyme phosphopentose isomérase catalyse l'étape finale de la phase oxydante, 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 pour chaque molécule de glucose 6-phosphate qui entre 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 transforment en glycéraldéhyde 3-phosphate et fructose 6-phosphate, laissant la place 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 absorbé 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 du cétose en aldose, du glycéraldéhyde-3-phosphate et du sédoheptulose-7-phosphate sont produits.

L'enzyme transaldolase transfère ensuite le C3 de la molécule de sédoheptulose-7-phosphate au glycéraldéhyde-3-phosphate, produisant 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 transcétosal agit à nouveau pour transférer un C2 du xylulose-5-phosphate à l'érythrose-4-phosphate, ce qui donne le fructose-6-phosphate et le glycéraldéhyde-3-phosphate. Comme à l'étape précédente, ces produits peuvent entrer en glycolyse.

Cette deuxième phase relie les voies qui génèrent le NADPH avec celles chargées de synthétiser l'ATP et le NADH. De plus, les produits fructose-6-phosphate et glycéraldéhyde-3-phosphate peuvent entrer dans la gluconéogenèse.

Maladies liées

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 c'est la principale enzyme chargée de réguler la voie.

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

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

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

D'autre part, la maladie granulomateuse chronique se développe lorsqu'il y a un déficit dans la production de NADPH.

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