Pentozofosfātu ceļš: NADPH un ribozes avots

Oksidatīvā daļa ir neatgriezeniska. Glikozes 6 fosfāta dehidrogenāze atņem molekulai ūdeņradi un nodod to NADP molekulai, veidojot NADPH; rodas laktons, kuru ferments laktonāze atver līdz 6 fosfoglikonātam. Nākamajā solī 6 fosfoglikonāta dehidrogenāze atkal veido NADPH un vienlaikus atšķeļ oglekļa dioksīdu, atstājot piecu oglekļa atomu cukuru ribulozes 5 fosfātu.

Neoksidatīvā daļa ir atgriezeniska un daudz elastīgāka. Šeit izomerāze un epimerāze pārveido ribulozes 5 fosfātu attiecīgi par ribozes 5 fosfātu un ksilulozes 5 fosfātu, bet transketolāze un transaldolāze pārkārto cukurus, pārnesot no vienas molekulas uz citu divu vai trīs oglekļa atomu gabalus. Rezultātā rodas fruktozes 6 fosfāts un gliceraldehīda 3 fosfāts, tātad glikolīzes starpprodukti.

Tieši atgriezeniskums padara šo daļu vērtīgu. Ja šūnai vajadzīga riboze, bet ne NADPH, tā var izveidot ribozi no glikolīzes starpproduktiem, pat nemaz neizmantojot oksidatīvo daļu.

Abas molekulas pārnes elektronus, un to uzbūve atšķiras tikai ar vienu fosfāta grupu. Tomēr šī viena grupa ļauj fermentiem tās skaidri atšķirt, un tieši tāpēc šūnā var pastāvēt divas neatkarīgas sistēmas.

NADH galvenokārt nodod elektronus mitohondriju elpošanas ķēdei, kur no tiem tiek iegūts ATP. NADPH gluži pretēji tiek izmantots sintēzei un reducēšanai: taukskābju un holesterīna veidošanai, steroīdu hormonu sintēzei virsnieru garozā un dzimumdziedzeros, zāļu pārveidošanai aknās un slāpekļa oksīda veidošanai asinsvadu sienā.

Atsevišķi jāizceļ divas lomas. Pirmā ir glutationa uzturēšana reducētā veidā; tas ir šūnas galvenais aizsargs pret oksidatīvu bojājumu. Otrā ir neitrofilo leikocītu skābekļa uzliesmojums, kurā NADPH oksidāze ražo aktīvas skābekļa formas, ar kurām leikocīts iznīcina norītās baktērijas.

• Taukskābju un holesterīna sintēze.
• Steroīdu hormonu veidošana virsnieru garozā un dzimumdziedzeros.
• Glutationa atjaunošana reducētā veidā.
• Zāļu un svešvielu pārveidošana aknās.
• Aktīvo skābekļa formu ražošana leikocītos baktēriju iznīcināšanai.

Ceļa aktivitāte dažādos audos ļoti atšķiras, un tā atbilst tam, cik daudz NADPH vai ribozes attiecīgajam audam ir nepieciešams. Aknās, taukaudos, virsnieru garozā, laktējošā piena dziedzerī un sēkliniekos tas ir izteikti aktīvs, jo šeit notiek daudz sintēzes.

Sarkanajās asins šūnās ceļš ir īpaši svarīgs cita iemesla dēļ. Tām nav mitohondriju un nav kodola, tāpēc tās nevar saražot jaunus fermentus, un vienīgais NADPH avots ir tieši pentozofosfātu ceļš. Vienlaikus tās visu mūžu pārnēsā skābekli, tātad pastāvīgi ir oksidatīva bojājuma riskam pakļautas.

Skeleta muskulī, gluži pretēji, ceļš ir vāji izteikts, jo muskuļa galvenā vajadzība ir ātra enerģija, nevis sintēze.

Galvenais regulācijas punkts ir pirmais ferments, glikozes 6 fosfāta dehidrogenāze. To ierobežo pats NADPH: ja NADPH ir daudz, ferments tiek nomākts; ja NADPH tiek patērēts, ferments atbrīvojas un ceļš paātrinās.

Šī regulācija darbojas ļoti ātri un tieši. Kad šūnā ienāk oksidējoša viela, glutations tiek patērēts, NADPH krājums samazinās, un ceļa ātrums vairākkārt pieaug jau dažu sekunžu laikā. Tieši tāpēc veselam cilvēkam oksidatīvā slodze nerada nekādas sekas.

Ilgtermiņā ceļa fermentu daudzumu palielina insulīns un uzturs ar lielu ogļhidrātu daudzumu, jo šādos apstākļos aknas un taukaudi aktīvi veido taukskābes un tāpēc patērē daudz NADPH.

Visbiežākais traucējums ir glikozes 6 fosfāta dehidrogenāzes deficīts. Tas ir iedzimts, saistīts ar X hromosomu, tāpēc biežāk un smagāk izpaužas vīriešiem. Tas ir viens no izplatītākajiem fermentu trūkumiem pasaulē, īpaši izplatīts apvidos, kur vēsturiski bijusi malārija, jo šis trūkums daļēji pasargā no smagas malārijas.

Lielāko daļu laika cilvēks ir pilnībā vesels. Problēmas sākas, kad sarkanās asins šūnas saņem oksidatīvu slodzi: noteiktas pretmalārijas zāles, atsevišķas sulfonamīdu grupas un nitrofurantoīna grupas zāles, smaga infekcija vai lauka pupu ēšana. Tad hemoglobīns oksidējas, izgulsnējas šūnā, un šūnas tiek sagrautas.

Izpausmes ir strauja bālums un nespēks, dzeltenums, tumšs urīns, dažkārt sāpes mugurā un vēderā. Jaundzimušajiem šis trūkums var izpausties kā ilgstoša vai izteikta dzelte. Šādas pazīmes vienmēr prasa steidzamu ārsta apskati.

Ar šo stāvokli nodarbojas hematologs, bērniem pediatrs kopā ar hematologu, bet iedzimtības jautājumus izvērtē medicīnas ģenētiķis. Cilvēkam ar zināmu diagnozi ir svarīgi zināt, kuras zāles nedrīkst lietot, un par to informēt katru ārstu un farmaceitu.

Pamatanalīze ir fermenta aktivitātes noteikšana asinīs. Papildus vērtē pilnu asins ainu, retikulocītus, bilirubīnu, laktātdehidrogenāzi un haptoglobīnu, jo šie rādītāji apstiprina, ka notiek tieši sarkano asins šūnu sabrukšana, nevis asins veidošanās traucējums.

Asins uztriepē var redzēt raksturīgas šūnu izmaiņas, tostarp šūnas ar it kā izkostu malu un īpašus hemoglobīna sarecējumus, kurus redz ar atsevišķu krāsošanu. Diagnozi apstiprina arī ģenētiska izmeklēšana.

Transketolāzes aktivitāti sarkanajās asins šūnās dažkārt izmanto kā netiešu tiamīna nodrošinājuma rādītāju, jo šis ferments savā darbā izmanto no tiamīna veidotu palīgvielu.

1. Novērtē, vai ir hemolīzes pazīmes: asins aina, retikulocīti, bilirubīns, haptoglobīns.
2. Apskata asins uztriepi.
3. Nosaka glikozes 6 fosfāta dehidrogenāzes aktivitāti.
4. Noskaidro izraisītāju: zāles, infekcija vai uzturs.
5. Ja aktivitāte izmērīta uzreiz pēc krīzes un ir normāla, analīzi atkārto vēlāk.

Pentozofosfātu ceļu bieži jauc ar glikolīzi, jo abi sākas no glikozes 6 fosfāta un abi norit citoplazmā. Atšķirība ir mērķī: glikolīze dod ATP un NADH, pentozofosfātu ceļš dod NADPH un ribozi, bet ATP neveido vispār.

Otra sajaukšana notiek starp šī ceļa traucējumu un citām iedzimtām hemolītiskām anēmijām. Iedzimta sferocitoze ir šūnas apvalka olbaltumvielu slimība ar pastāvīgu hemolīzi un palielinātu liesu; piruvātkināzes deficīts ir glikolīzes fermenta trūkums ar hronisku hemolīzi. Glikozes 6 fosfāta dehidrogenāzes deficītam raksturīgas ir tieši epizodes, kuras izraisa konkrēts ārējs cēlonis.

Trešā neskaidrība ir jēdzienu līmenī: NADPH oksidāze, kas darbojas leikocītos, nav pentozofosfātu ceļa ferments. Tā ir NADPH patērētāja, un tās iedzimts bojājums izraisa pavisam citu slimību, proti, atkārtotas smagas bakteriālas un sēnīšu infekcijas.

Vissvarīgākā praktiskā detaļa ir analīzes laiks. Hemolīzes krīzes laikā vispirms tiek sagrautas vecākās sarkanās asins šūnas, kurās fermenta ir vismazāk, un asinīs paliek jaunas šūnas un retikulocīti, kuros fermenta aktivitāte ir daudz lielāka. Tāpēc tieši krīzes laikā analīze var uzrādīt normālu rezultātu, lai gan deficīts ir. Ja klīniskā aina ir raksturīga, analīzi atkārto, kad asins aina ir stabilizējusies.

Otrs mazāk zināms punkts ir ceļa elastība. Atkarībā no tā, kas šūnai vajadzīgs, tas spēj strādāt vairākos režīmos: tikai ribozes ražošanai, tikai NADPH ražošanai, abiem vienlaikus, vai arī tā, ka liekie cukuri tiek pilnībā novirzīti atpakaļ glikolīzē un sadedzināti. Neviens cits vielmaiņas ceļš nav tik pielāgojams.

Trešā atziņa nāk no onkoloģijas. Daudzi audzēji strauji palielina pentozofosfātu ceļa aktivitāti, jo tiem vienlaikus vajadzīga riboze straujai dalīšanai un NADPH, lai izturētu pašu radīto oksidatīvo slodzi. Tieši tāpēc šis ceļš mūsdienās tiek pētīts ne tikai kā mācību grāmatas tēma, bet arī kā iespējams ārstēšanas mērķis.