Пентозофосфатный путь биохимия кратко

Обновлено: 02.07.2024

Пентозофосфатный путь (ПФП) обмена углеводов нередко называют апотомическим путём, так как обмен глюкозы идёт по первому (С₁) атому углерода.

Доля ПФП в количественном превращении глюкозы в клетках обычно невелика (в большинстве клеток не более 10 %) и варьирует в зависимости от типа ткани и её функ-ционального состояния. Так, в клетках печени по этому пути превращается до 20 % глюкозы, в эритроцитах — 7 %, в клетках мозга — около 2 %. Этот процесс идет в клетках многих органов и тканей.

Ферменты ПФП локализованы в цитоплазме клеток.

Превращение глюкозы по ПФП не требует присутствия кислорода. Если по ПФП превращается шесть молекул Гл-6-Ф, то за один цикл молекула Гл-6-Ф катаболизирует до 6 СО_2.

Суммарное уравнение:

6 Гл-6-Ф + 7H₂O + 12 НАДФ + ® 5 Гл-6-Ф + 6СО₂ + 12 НАДФН . Н + + Ф_Н

Последовательность реакций ПФП разделяют на два этапа:

I. Окислительный этап. На этом этапе осуществляются две дегидрогеназные реакции и одна реакция декарбоксилирования с образованием рибозо-5-фосфата и восстановлением двух молекул НАДФ + (2 НАДФ + → 2 НАДФН . Н + )

Таким образом, при окислении молекулы глюкозы образуется 2 НАДФН . Н + и рибозо-5-фосфат. В некоторых клетках катаболизм глюкозы на этом и заканчивается.

Ключевые ферменты:

1)глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — главный ключевой фермент;

2) 6-фосфоглюконатдегидрогеназа.

Значение окислительного этапа:

1. Главный поставщик рибозо-5-фосфата для биосинтетических процессов:

- биосинтез мононуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ и др.);

- синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

- синтез коферментов (НАД + , НАДФ + , ФАД, КоА-SН).

2. Основной источник НАДФН . Н + в клетках. ПФП на 50 % обеспечивает потребности клетки в НАДФН . Н + .

НАДФН . Н + в клетках используется:

1) в реакциях биосинтеза веществ как восстановитель:

- синтез жирных кислот;

- биосинтез холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот;

- синтез заменимых аминокислот (НАДФН·Н + как кофермент глутаматдегидрогеназы в реакциях восстановительного аминирования α-кетоглутаровой кислоты);

- в глюкуроновом пути и др.

2) в обезвреживании веществ: в реакциях гидроксилирования различных ксенобиотиков, лекарственных веществ, этанола и других веществ, которые осуществляются с участием микросомной цитР₄₅₀-зависимой системы окисления;

3) как антиоксидант: используется на восстановление окисленного глутатиона. Глутатион — важного антиоксиданта клеток;

4) в фагоцитозе: генерирование активных форм кислорода. Фагоциты с использованием НАДФН . Н + генерируют супероксидные анион-радикалы, выполняющие основную роль в разрушении поглощённых бактериальных клеток. При недостаточной продукции НАДФН . Н + при нарушении ПФП отмечается хроническое течение инфекционных заболеваний.

Интенсивность протекания реакций ПФП зависит от потребности клеток в продуктах реакций и различается в разных тканях. Реакции окислительного этапа активно протекают в клетках печени, жировой ткани, эмбриональной ткани, в коре надпочечников, щитовидной железе, половых железах, лактирующей молочной железе, костном мозге, эритроцитах.

II. Неокислительный этап (этап межмолекулярных перегруппировок). На этом этапе происходят взаимопревращения сахаров (фосфотриоз, фосфотетроз, фосфопентоз, фосфогексоз, фосфогептулоз, фосфооктулоз), в результате которых регенерирует глюкозо-6-фосфат.

Два основных фермента катализируют превращения на неокислительном этапе:

1)транскетолазакатализирует перенос двухуглеродных фрагментов. В качестве кофермента использует тиаминпирофосфат;

2) трансальдолазакатализирует перенос трёхуглеродных фрагментов.

Варианты неокислительных превращений:

· классический или F-вариант (от англ. fat — жир) — осуществляется в клетках жировой ткани;

· октулозный или L-вариант (от англ. liver — печень) — осуществляется в клетках печени и других тканей.

Реакции (L-вариант):

Итак, на неокислительном этапе невостребованные в клетках пентозофосфаты в результате межмолекулярных перегруппировок превращаются в Гл-6-Ф, а также образуются Фр-6-Ф и 3-ФГА.

Все реакции неокислительного этапа обратимы.

На неокислительном этапе ПФП связан с гликолизом (посредством Гл-6-Ф, Фр-6-Ф и 3-ФГА), то есть возможно переключение этих процессов.

Значение неокислительного этапа:

1. Стабилизирует концентрацию фосфопентоз в клетке, то есть утилизирует лишние фосфопентозы. Благодаря связи с гликолизом лишние пентозы катаболизируют по гликолитическому пути, давая клеткам энергию.

2. Синтез фосфопентоз в клетке при торможении окислительного этапа благодаря обратимости реакций неокислительного превращения.

Регуляция пентозофосфатного пути, в основном, осуществляется на уровне дегидрогеназ. Инсулин индуцирует синтез глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, 6-фосфоглюконат-дегидрогеназы. Жирные кислоты — аллостерические ингибиторы глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Увеличение уровня НАДФН . Н + в клетке тормозит окисление глюкозы по ПФП.

Ферменты ПФП локализованы в цитоплазме клеток.

Суммарное уравнение:

6 Гл-6-Ф + 7H₂O + 12 НАДФ + ® 5 Гл-6-Ф + 6СО₂ + 12 НАДФН . Н + + Ф_Н

Последовательность реакций ПФП разделяют на два этапа:

Ключевые ферменты:

1)глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — главный ключевой фермент;

2) 6-фосфоглюконатдегидрогеназа.

Значение окислительного этапа:

1. Главный поставщик рибозо-5-фосфата для биосинтетических процессов:

- биосинтез мононуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ и др.);

- синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

- синтез коферментов (НАД + , НАДФ + , ФАД, КоА-SН).

2. Основной источник НАДФН . Н + в клетках. ПФП на 50 % обеспечивает потребности клетки в НАДФН . Н + .

НАДФН . Н + в клетках используется:

1) в реакциях биосинтеза веществ как восстановитель:

- синтез жирных кислот;

- биосинтез холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот;

- в глюкуроновом пути и др.

Два основных фермента катализируют превращения на неокислительном этапе:

2) трансальдолазакатализирует перенос трёхуглеродных фрагментов.

Варианты неокислительных превращений:

· классический или F-вариант (от англ. fat — жир) — осуществляется в клетках жировой ткани;

· октулозный или L-вариант (от англ. liver — печень) — осуществляется в клетках печени и других тканей.

Реакции (L-вариант):

Все реакции неокислительного этапа обратимы.

Значение неокислительного этапа:

Так как в клетках непрерывно просходят реакции синтеза белков, то для этого процесса требуются рибонуклеиновые кислоты. В свою очередь для синтеза самих нуклеиновых кислот, а точнее пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, требуется рибозо-5-фосфат . Если клетка готовится к делению, то для синтеза ДНК ей нужны дезоксирибонуклеотиды, которые образуются при участии НАДФН .

Молекулы НАДФН также используются:

для синтезажирных кислот (печень, жировая ткань),
для синтезахолестерола и других стероидов (например, желчных кислот),
в реакциия восстановительного аминирования для образованияглутаминовой кислоты из α-кетоглутаровой кислоты,
для восстановления окисленного тиоредоксина и окисленного глутатиона в системе антиоксидантной защиты клетки от свободно-радикального окисления,
для восстановления железа (III) в метгемоглобине в железо (II) нормального гемоглобина (эритроциты),
для реактивации фолиевой кислоты и витамина К.

В клетке существует процесс, обеспечивающий одновременное образование рибозы и НАДФН – это пентозофосфатный путь .

Пентозофосфатный путь

Наиболее активно реакции пентозофосфатного пути идут в цитозоле клеток печени, жировой ткани, эритроцитах, коре надпочечников, молочной железе при лактации, в гораздо меньшей степени в скелетных мышцах. Этот путь окисления глюкозы не связан с образованием энергии, а обеспечивает анаболизм клеток. В связи с этим у новорожденных и детей первых лет жизни его активность довольно высока.

Пентозофосфатный путь включает два этапа – окислительный и этап структурных перестроек (неокислительный).

Первый этап

На этом этапе происходит регуляция процесса: инсулин повышает активность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и фосфоглюконат-дегидрогеназы.

Реакции первого этапа

Второй этап

Второй этап – этап структурных перестроек , благодаря которым пентозы способны возвращаться в фонд гексоз.

В этих реакциях молекулы рибулозо-5-фосфата изомеризуются до рибозо-5-фосфата и ксилулозо-5-фосфата. Далее под влиянием ферментов транскетолазы и трансальдолазы происходят структурные перестройки с образованием других моносахаридов.

При реализации всех реакций второго этапа пентозы превращаются во фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, т.е. возвращаются в реакции гликолиза. Поэтому иногда пентозофосфатный путь называют шунтом, т.е. рассматривают как обходной путь окисления глюкозы.

Функции пентозофосфатного пути

Мы первый раз встречаемся с коферментом НАДФH, до этого речь шла только о НАДH. Этот восстановленный кофермент используется для некоторых химических реакций, но его основная роль — отдать два электрона в дыхательную цепь. В дыхательной цепи из электронов получится 2,5 молекулы АТФ. Но я отвлёкся.

НАД + отличается от НАДФ + всего на одну фосфатную группу, но при этом у них огромное различие в функциях.

НАД + отличается от НАДФ + всего на одну фосфатную группу

Для чего же клетке нужен НАДФH?

Синтеза жирных кислот;
Синтеза холестерола;
Синтеза нейромедиаторов;
Образования дезоксирибозы — компонента нуклеотидов ДНК;
Реакций обезвреживания ксенобиотиков и активных форм кислорода.

Довольно большой список. Даже если ты ещё не встречался с этими процессами, то он всё равно впечатляет. Видно, что у НАДФH огромная роль в нашем организме. И вот в чём прикол: пентозофосфатный путь почти единственный способ получить НАДФH для клеточек. Есть ещё малик-фермент и дегидрирование изоцитрата, но о них в другой раз. В норме клетке хватает пентозофосфатного пути для синтеза НАДФH.

Но это только первый продукт пентозофосфатного пути, а ведь были ещё пентозы. А если точнее, то в ходе пентозофосфатного пути образуется рибоза-5-фосфат. Она используется для синтеза:

Нуклеотидов ДНК и РНК;
АТФ;
Коферментов НАД, НАДФ, ФАД и А.

У всех этих молекул есть кое-что общее. В их формулах есть рибоза, либо дезоксирибоза. А дезоксирибоза это производное чего? Рибозы. Респект.

Пентозофосфатный путь — поставщик НАДФH и пентоз для клетки.

Реакции пентозофосфатного пути

Окислительный этап

Мы договорились, что в пентозофосфатный путь вступает глюкозо-6-фосфат. В ходе окислительного этапа из этой молекулы образуется рибулозо-5-фосфат. Глюкоза теряет один атом углерода — из гексозы образуется пентоза. Давайте прикинем, что нужно для этого. Легко отщепить атом углерода, когда он карбоксильный — ведь у нас есть реакции декарбоксилирования. В них отщепляется кислотная группа COOH. В глюкозо-6-фосфате, увы, такой группы нет. Есть только альдегидная, да и та участвует в образовании циклической формы (вспомнить про альдозы и кетозы можно тут). Поэтому окислительный этап будет направлен на раскрытие цикла и перевод альдегидной группы в карбоксильную.

Первая реакция. Катализатор — глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. Кофермент реакции НАДФ. В ходе этой реакции от молекулы глюкозо-6-фосфата отщепляется два водорода. При этом НАДФ присоединяет к себе гидрид ион. Гидрид ион состоит из протона водорода и двух электронов. Образуется глюконолактон-6-фосфат и НАДФH. Один протон отправляется в цитоплазму.

Первая реакция окислительного этапа

Для того, чтобы превратить глюконолактон-6-фосфат в пентозу нужно раскрыть цикл. Ведь наша молекула до сих пор в циклической форме. За счёт дегидрирования мы увеличили нестабильность связи, с помощью которой образуется цикл. Теперь эту связь легко порвать.

Вторая реакция. Фермент — глюконолактон-гидратаза. У неё есть название попроще — лактоназа. Лактоназа присоединяет молекулу воды по нестабильной связи, что приводит к её разрушению. В ходе этой реакции образуется 6-фосфоглюконат.

Вторая реакция окислительного этапа

Эти две реакции нужны были для раскрытия шестичленного цикла. Но не только. Ещё мы превратили альдегидную группу глюкозо-6-фосфата, которая находится у первого углерода, в карбоксильную группу. Или превратили альдегид в кислоту. Ведь реакция декарбоксилирования пойдёт только при наличии карбоксильной группы. Да-да, я капитан очевидность.

Третья реакция. Катализирует реакцию 6-фосфоглюконатдегидрогеназа, а её кофермент — НАДФ. В этой реакции происходят два важных момента: глюконат теряет карбоксильную группу, и от пентозы отщепляются два водорода. Продукты реакции — рибулозо-5-фосфат и НАДФH.

На этом заканчивается окислительный этап. Клетка синтезировала рибулозо-5-фосфат из глюкозо-6-фосфата. Она превратила шестиуглеродную альдозу в пятиуглеродную кетозу. И не менее важно, что клетка получила две молекулы НАДФH.

Итог окислительного этапа: образование пятиуглеродной кетозы и двух НАДФH

И ещё одно — все эти реакции были необратимыми. Этим окислительный этап отличается от неокислительного. Там все реакции будут обратимыми.

Неокислительный этап

Четвёртая реакция. Далее из рибулозо-5-фосфата можно получить рибозо-5-фосфат. Для этого нужно провести реакцию изомеризации. Ведь рибоза — это альдоза, а не кетоза. Фермент — фосфопентозоизомераза. Или просто изомераза.

Образование рибозо-5-фосфата в неокислительном этапе

Образуется рибозо-5-фосфат. Клетка получила то, что хотела — рибозо-5-фосфат. Теперь его можно пустить на синтез ДНК, РНК, АТФ, НАД, НАДФ, ФАД или кофермента А. Это в идеале.

Что, если клетке не нужны эти молекулы? Допустим, что сейчас ей всего достаточно — она укомплектована по полной. Но при этом ей нужен НАДФ. Клетка хочет синтезировать жирные кислоты или ей нужно что-то обезвредить. А двух молекул НАДФH как-то маловато. Что делать?

Можно сделать вот как. Пустим больше молекул глюкозо-6-фосфата на пентозофосфатный путь — получим больше НАДФH. Но при этом в клетке накапливаются пентозы, которые ей не нужны. Невыгодно. Глупо тратить глюкозо-6-фосфат, получая только половину плюшек.

Поэтому клетка делает по-другому. Она превращает рибозо-5-фосфат обратно в глюкозу. Но как? Ведь ты сказал, что окислительный этап необратим. А я и не врал, для этого нужен неокислительный этап. Вообще суть неокислительного этапа — перебрасывание углеродов с одной молекулы на другую. Сорри за спойлеры.

Вернёмся к третьей реакции. В ходе неё был получен рибулозо-5-фосфат. Давайте предположим, что мы пустили на пентозофосфатный путь три молекулы глюкозо-6-фосфата, а не одну. Не думай, почувствуй — дальше всё станет понятно. Клетка получит три молекулы рибулозо-5-фосфата. Из них одну мы превратим в рибозо-5-фосфат. А две другие в ксилулозо-5-фосфат. Их тоже будет два.

Фермент — фосфопентозоэпимераза. Или просто эпимераза. Она изменяет положение гидроксильной группы у третьего атома углерода. Теперь она слева, а не справа.

Неокислительный этап. Образование двух молекул ксилулозо-5-фосфата.

Можно начать синтезировать глюкозу из двух ксилулозо-5-фосфатов и одного рибозо-5-фосфата. Это невозможно сделать в одну реакцию, поэтому клетке понадобится целая серия. Сначала два атома углерода с ксилулозо-5-фосфата переносятся на рибозо-5-фосфат. Катализирует реакцию транскетолаза, она не может работать без своего кофермента — тиаминдифосфата.

Неокислительный этап. Образование глицеральдегид-3-фосфата и седогептулозо-7-фосфата

В ходе этой реакции получаем глицеральдегид-3-фосфат и седогептулозо-7-фосфат (какое сложное название). Первый образовался из ксилулозо-5-фосфата. Для образования альдегидной группы нужна была реакция эпимеризации — превращения рибулозо-5-фосфата в ксилулозо-5-фосфат. А второй из рибозо-5-фосфата. Клетка получает триозу и гептозу.

Продолжаем перекидывать атомы углерода с одной молекулы на другую. Теперь у нас другой фермент — трансальдолаза. Она переносит три атома углерода с седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат.

Трансальдолазная реакция неокислительного этапа

Образуется фруктозо-6-фосфат и эритрозо-4-фосфат. Вроде всё неплохо, фруктозо-6-фосфат можно превратить в глюкозу, но что делать с эритрозо-4-фосфатом? Вспоминаем, что у нас есть ещё одна молекула ксилулозо-5-фосфата. Снова используем транскетолазу. Она перекидывает два атома углерода с ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4-фосфат. Получаем ещё один фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Получается, что из трёх молекул рибулозо-5-фосфата были синтезированы две молекулы фруктозо-6-фосфата и один глицеральдегид-3-фосфат. Из двух фруктозо-6-фосфатов образуется два глюкозо-6-фосфата.

Реакция изомеризации. Фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат

А вот общая схема неокислительного этапа:

Мы взяли три молекулы, а теперь возьмём шесть. Из них будет синтезировано шесть молекул рибулозо-5-фосфата. Превратим их в две молекулы рибозо-5-фосфата и четыре молекулы ксилулозо-5-фосфата. Так мы получим четыре фруктозо-6-фосфата и два глицеральдегид-3-фосфата. Из фруктозо-6-фосфата образуется четыре молекулы глюкозо-6-фосфата, а две молекулы глицеральдегид-3-фосфата превратим в ещё один фруктозо-6-фосфат. Получается, что общее уравнение такого пентозофосфатного пути будет:

6 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ + + 6H₂O = 5 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФH + 12H + + 6CO₂.

Поздравляю! Мы превратили наш пентозофосфатный путь в цикл. Пусть он и не будет работать слишком долго, но так мы уменьшим потери глюкозо-6-фосфата на образование НАДФH.

Пластичность пентозофосфатного пути

Ну а теперь посмотрим на пластичность пентозофосфатного пути в разных ситуациях.

Ситуация 1. Клетке нужны НАДФH и пентозы.

Допустим, что клетка готовится к делению. Ей нужно реплицировать ДНК и создать запас питательных веществ. На синтез ДНК нужны пентозы, а на запас — НАДФH.

Здесь всё просто — отправляем глюкозо-6-фосфат на окислительный этап. Далее превращаем рибулозо-5-фосфат в рибозо-5-фосфат. При этом получаем две молекулы НАДФH и одну пентозу. Использовать по потребности.

Ситуация 2. Клетке нужен НАДФH, но не нужны пентозы.

Такая ситуация будет в эритроцитах. В норме гемовое железо имеет заряд +2, но существуют метгемоглобинобразователи, которые переводят его в +3. При этом образуются активные формы кислорода. Им не место в эритроците — они могут повредить его мембрану. Повреждение мембраны приведёт к гемолизу. Вот мы и потеряли эритроцит. Но в эритроците есть герой — глутатион. Это трипептид, у него имеется -SH группа. Глутатион восстанавливает активные формы кислорода, отдавая электроны. А сам окисляется. Для того, чтобы вернуть глутатион в активное состояние нужен фермент глутатионпероксидаза. Она переносит электроны с НАДФH на глутатион, восстанавливая его. Вот такая сложная система.

Проводим окислительный этап, а далее зацикливаем процесс. Превращаем шесть молекул рибулозо-5-фосфата в пять молекул глюкозо-6-фосфата. Крутим, пока клетке не надоест этим заниматься. Эту ситуацию мы разбирали выше.

Пентозофосфатный цикл

Ситуация 3. Клетке нужны пентозы, но не нужен НАДФH.

Допустим, что клетке требуются рибонуклеотиды, а дезоксирибонуклеотиды — нет. Значит ей нужен только рибозо-5-фосфат.

Забываем про окислительный этап. Помните, что в неокислительном этапе все реакции обратимы? Это значит, что мы можем повернуть их в другую сторону. В ходе гликолиза получаем четыре молекулы фруктозо-6-фосфата. Далее используем трансальдолазные и транскетолазные реакции для того, чтобы получить пять молекул рибозо-5-фосфата.

Правда для этого нам понадобится две молекулы глицеральдегид-3-фосфата, которые мы так же получим в ходе гликолиза. Но не трогая четыре фруктозо-6-фосфата, которые мы уже взяли до этого. Для этого пустим ещё одну молекулу глюкозо-6-фосфата в гликолиз.

Связь пентозофосфатного пути с гликолизом.

Ситуация 4. Клетке нужны НАДФH и АТФ.

Такая ситуация тоже может быть в эритроцитах, когда им не нужно много НАДФH.

В этом случае будем отправлять глюкозо-6-фосфат на окислительный этап. Получаем пентозы и НАДФH. Пентозы с помощью транскетолазных и трансальдолазных реакций превращаем в фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат. Отправляем их в гликолиз. В эритроцитах идёт только анаэробный гликолиз, поэтому получаем лактат. В других клетках гликолиз будет аэробным — образуется пируват. Синтезированный пируват пойдёт в цикл трикарбоновых кислот.

Хочешь задать вопрос, похвалить или наговорить гадостей? Тогда залетай в телегу. Там ты сможешь предложить новый формат или разбор темы. А если серьёзно, то эти статьи пишутся для вас, поэтому мне важна обратная связь.

Учебник описывает последовательность и механизмы реакций основных метаболитических путей энергетического и пластического обмена. Описываются ингибиторы реакций и механизмы их действия, регуляция скорости метаболитических путей. В разработке использовались как классические данные о метаболитических путях, так и новая информация об механизмах реакций и их регуляции. Учебник предназначен для студентов любых ВУЗов для изучения биохимии, в качестве как основной, так и дополнительной литературы.

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. Он включает несколько этапов, в результате функционирования которых из трех молекул глюкоза-6-фосфата образуются три молекулы СО₂ и три молекулы пентоз. Последние используются для регенерации двух молекул глюкозо-6-фосфата и одной молекулы глицеральдегид-3-фосфата. Поскольку из двух молекул глицеральдегид-3-фосфата можно регенерировать молекулу глюкоза-б-фосфата, глюкоза может быть полностью окислена при превращении по пентозофосфатному пути.

У растений часть реакций пентозофосфатного пути участвует также в образовании гексоз из СО₂ при фотосинтезе. Пентозофосфатный путь называют иногда пентозным шунтом, гексозомонофосфатным путем или фосфоглюконатным окислительным путем. Открытие Отто Варбургом (Otto Warburg) в 1931 г. глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, первого фермента этого пути, сделало возможной его полную расшифровку, которую осуществили Фриц Липман, Фрэнк Дикенс, Бернард Хорекер и Эфроим Рэкер.

Пентозофосфатный цикл не приводит к синтезу АТР, он выполняет две главные функции: 1) образование NADPH для восстановительных синтезов, таких, как синтез жирных кислот и стероидов; 2) обеспечение рибозой синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Ферменты пентозофосфатного пути локализованы во внемитохондриальном пространстве клеткив цитозоле. Как и в процессе гликолиза, окисление осуществляется путем дегидрогенирования, однако акцептором водорода в этом случае служит не NAD, а NADP.

Рисунок 4: Схема реакций пентозофосфатного шунта (черный круг с буквой Р в центре обозначает фосфатную группу).

Последовательность реакций пути можно разделить на две фазы: окислительную и неокислительную (схема реакций представлена на рисунке 4). В реакциях первой фазы глюкоза-6-фосфат дегидрогенируется и декарбоксилируется с образованием рибулозо-5-фосфата. В ходе второй фазы рибулозо-5-фосфат превращается снова в глюкозо-6-фосфат в результате серии реакций, в которых главную роль играют два фермента: транскетолаза и трансальдолаза

Окислительная фаза пентозофосфатного пути начинается с дегидрирования глюкозо-6-фосфата при С-1, реакции, катализируемой глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназой.

Фермент высокоспецифичен в отношении NADP + ; Км для NAD + примерно в тысячу раз выше, чем для NADP + . Продуктом реакции является 6-фосфоглюконо-δ-лактон, внутримолекулярный эфир, с эфирной связью между С-1-карбоксильной группой и гидроксилом при С-5. Следующий этап — гидролиз 6-фосфоглюконо — δ — лактона специфической лактоназой, дающий 6-фосфо-глюконат. Этот шестиуглеродный сахар подвергается затем окислительному декарбоксилированию 6-фосфоглюконат — дегидрогеназой с образованием рибулозо-5-фосфата. Акцептором электронов вновь служит NADP + . (смотри рисунок). Конечным этапом синтеза рибозо-5-фосфата является изомеризация рибулозо-5-фосфата фосфопентозо-изомеразой. Эта реакция подобна гликолитическим реакциям:

Все три кетозо-альдозные изомеризации идут через образование ендиольного промежуточного продукта.

Окислительная фаза пентозофосфатного пути иногда считается основной и неокислительная рассматривается как связка с гликолизом. Это связано с тем фактом, что эти фазы могут идти как независимо друг от друга, так вместе. В ходе неокислительной фазы пентозофосфатного пути происходит регенерация рибозо-5-фосфата в глюкозо-6-фосфат. Основную роль в этом процессе играют два фермента: транскетолаза и трансалъдолаза. Эти же ферменты создают обратимую связь между пентозофосфатным путем и гликолизом, катализируя следующие три реакции:

Итак, избыток рибозо-5-фосфата, образованный в пентозофосфатном пути, может количественно превращаться в промежуточные продукты гликолиза.

Значение метаболического пути для различных тканей можно оценить по его активности. Пентозофосфатный путь активно протекает в печени, жировой ткани, коре надпочечников, щитовидной железе, эритроцитах, семенниках и в молочных железах в период лактации; он неактивен в нелактирующей молочной железе и малоактивен в скелетных мышцах. Все ткани, в которых активность данного пути высока, используют в реакциях восстановительного синтеза NADPH, например в реакциях синтеза жирных кислот, стероидов, аминокислот (с участием глутаматдегидрогеназы) или восстановленного глутатиона в эритроцитах. Вероятно, в условиях активного липогенеза или при наличии любой системы, утилизирующей NADPH, возрастает активная деградация глюкозы по пентозофосфатному пути в связи с увеличением отношения NADP + /NADPH. В условиях, которые возникают после приема пищи, может индуцироваться синтез глюкоза-6-фосфатдегидрогеназы и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы.

Регуляция скорости функционирования пентозофосфатного пути

Регуляция направления пентозофосфатного шунта

Судьба глюкозо-6-фосфата зависит от потребности в NADPH, рибозо-5-фосфате и АТФ.

В данном случае возможно четыре различные ситуации (схема регуляторных механизмов представлена на рисунке 5).

Рисунок 5: Схема регуляции направлений пентозофосфатного шунта

1. Потребность в рибозо-5-фосфате значительно превышает потребность в NADPH. Большая часть глюкозо-6-фос-фата превращается во фруктозо-6-фостфат и глицеральдегид-3-фосфат по гликолитическому пути. Затем две молекулы фрукто-зо-6-фосфата и одна молекула глицераль-дегид-3-фосфата превращаются под действием трансальдолазы и транскетолазы в три молекулы рибозо-5-фосфата путем обращения реакции, описанной ранее. Стехиометрия этого превращения следующая:

Читайте также: