14. Пентозофосфатный шунт. Физиологическое значение.

Пентозофосфатный путь – альтернативный гликолизу путь окисления глюкозы. Включает окислительный и неокислительный этапы.

Окислительный этап

1. Окисление глюкозо-6-фосфата до 6-фосфоглюконата

2. Декарбоксилирование 6-фосфоглюконата до рибулозо-5-фосфата

В результате протекания этого этапа образуется 2 молекулы НАДФН

Глюкозо-6-фосфат + 2 NADP⁺ + H₂O → рибулозо-5-фосфат + 2 (NADPH + H⁺) + CO₂.

Цикл запускается только, если в система присутствует НАДФ⁺

Неокислительный этап

3 рибулозо-5-фосфат → 1 рибозо-5-фосфат + 2 ксилулозо-5-фосфат → 2 фруктозо-6-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат.

Физиологическое значение:

Выход СО₂ из реакций гликолиза составляет до 95% в недифференцированных клетках, по мере дифференцировки вклад пентозофосфтаного пути увеличивается

1. Образующиеся за окислительный этап 2 молекулы НАДФН пополняют пул восстановительных элементов, использующихся для биосинтеза

2. В энергетическом метаболизме: НАДФН может передавать электроны вместо О₂ , тем самым можно сократить уровень потребления кислорода

3. Один из участников цикла, рибозо-5-фосфат, можно использовать в синтезе нуклеиновых кислот

4. Один из участников цикла, эритрозо-4-фосфат, конденсируется с ФЕП, в результате реакции образуются фенольных соединения, которые являются компонентами лигнина, фитоалексинов и др.

5. До позеленения листьев и перехода на автотрофный тип питания пентозофосфатный путь используется для синтеза интермедиатов цикла Кребса.

Почему цикл?

Из рибулозо-5-фосфата может снова образовываться глюкозо-6-фосфат, т.е. это обратимая реакция.

6 глюкозо-6-фосфат + 12NADP + 2H₂O 12(NADPH + H⁺) + 5 глюкозо-6-фосфат + 6 СО2

11. Цикл Кребса и его особенности в растительной клетке

Цикл Кребса позволяет полностью «выжать» энергию из молекулы глюкозы, для этого нужен кислород.

• протекает в матриксе митохондрий

• ферменты кодируются ядерными генами

• все ферменты, кроме сукцинатдегидрогеназы, локализованы в матриксе митохондрий, сукцинатдегидрогеназа – на внутренней мембране, она – часть ЭТЦ.

1. Прелюдия к циклу - окисление пирувата пируватдегидрогеназным комплексом (ПДК). ПДК состоит из 3 ферментов – пирувадегидрогеназа, дигидролипоилтрансацетилаза, дигидролипоилтегидрогеназа, 5 коферментов – витамин В_1, липоевая кислота, НАД⁺, ФАД, коА. КоА-SH – универсальный переносчик ацетильных групп, присоединение ацетата через макроэргическую тиоэфирную связь.

Регуляций ПДК: инактивация фосфорилированием

Выход реакции – 1 НАДН, СО₂

2. Собственно сам цикл. Конденсация ацетилКоА с ООА, образование цитрата, фермент – цитратсинтаза (необратимая реакция!)

3. Изомеризация цитрата в изоцитрат проходит в 2 стадии, фермент на 2 реакции одинаковый - аконитаза:

а) отщепление воды

б) присоединение воды

4. Теперь 2 реакции окислительного декарбоксилирования, на каждой выделяется по одной молекуле НАДН и СО₂

а) изоцитрат декарбоксилируется до α-кетоглутарата, фермент – изоцитратдегидрогеназа. САМАЯ МЕДЛЕННАЯ РЕАКЦИЯ! ОПРЕДЕЛЯЕТ СКОРОСТЬ ОБОРОТА ВСЕГО ЦИКЛА

б) α-кетоглутарат дкарбоксилируется до сукцинил-КоА, фермент α-кетоглутаратдегидрогеназа (необратимая реакция!)

5. Субстратное фосфорилирование, сукцинил-коА превращается в сукцинат, фермент - сукцинил-коА-синтетаза. ОБРАЗУЕТСЯ АТФ! (у растений), у животных ГТФ

6. Сукцинат окисляется до фумарата сукцинатдегидрогеназой (этот фермент – часть ЭТЦ, находится не в матриксе, а в мембране). Электроны, образующиеся в результате окисления, поступают в дыхательную цепь через ФАДН₂

7. Гидратация фумарата до малата, фермент фумараза

8. Замыкание цикла – окисление малата в ООА с образованием НАДН, фермент НАД-зависимая малатдегидрогеназа. Реакция обратима, сдвиг происходит за счет постоянного использования продуктов реакции.

Суммарно: 1 пируват 3СО₂ + 4НАДН + ФАДН₂ +АТФ

Особенности цикла Кребса в растительной клетке:

1. В реакции, катализируемой сукцинил-коА-синтетазой образуется АТФ, а у животных ГТФ.

2. Более «медленная» работа

3. Наличие НАДФ⁺-изозимов (изоцитрат-дегидрогеназа, НАД+/НАДФ+-маликэнзим)