Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Л9_ПФШ_14

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
816.23 Кб
Скачать

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ

Пентозофосфатный путь окисления глюкозы

Реакции восстановительного синтеза.

Последствия недостаточности тиамина в организме.

Особенности углеводного обмена в эритроцитах.

Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, НАДФН,

глутатион и лекарственная гемолитическая анемия.

Регуляция распада и синтеза гликогена.

Гипер- и гипогликемическое действие гормонов.

Болезни накопления гликогена.

Сахарный диабет.

Анаэробные пути

ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ

 

 

Крахмал-"затравка"

 

 

 

1) Синтез

УДФ

Сахароза

Крахмал

 

 

Транспортная

(гликоген)

 

 

форма

 

 

 

 

а) гидролиз

 

б) фосфоролиз

 

Н2О

Н3РО4

УДФ-глюкоза

Фруктоза

2) Распад

УТФ

(АДФ-глюкоза)

Созревание

(АТФ)

 

 

 

 

Глюкоза

 

Гл-1-Ф

ФФн

 

 

 

 

 

 

 

Анаболизм

Клеточные

 

 

 

НАДФН +

Активация

 

 

структуры

 

СО2 Н+

 

 

 

 

 

Гл-6-Ф

Пентозо-5-Ф

 

 

 

6) ПФШ

Анаболизм

 

 

 

 

 

Фр-6-Ф

Рибозо - 5 - Ф

 

 

 

 

Фн

 

 

 

 

 

 

3)Гликолиз,

 

 

 

гликогенолиз

 

 

 

Фр-1,6-диФ

Реакции

 

 

 

регенерации

 

 

4) Глюконеогенез

 

 

 

ГАФ

 

 

 

 

 

ФЕП

 

 

 

Спиртовое

СО2

7) Аэробный гликолиз

 

 

 

 

 

 

 

 

брожение

 

5)

 

 

 

 

Этанол

 

ПВК

Ацетил-КоА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО2 х 2

 

Уксусная

 

Молочная кислота

ЦТК

 

Тканевое

кислота

 

 

 

 

 

(лактат)

АТФ

дыхание

(ацетат)

 

Молочнокислое брожение

 

(аэробный

 

 

 

 

Уксуснокислое

 

3НАДН + Н

+

гликолиз)

брожение

 

 

 

 

 

 

 

О2

 

 

 

 

 

 

ФАДН2

 

 

 

 

 

Q (АТФ)

 

 

 

 

 

ЦДФ

 

 

 

 

 

Н2О

 

 

 

 

 

 

Биологическое окисление

 

 

Открытие пути прямого окисления углеводов (пентозофосфатного

цикла) принадлежит О. Варбургу, Ф. Липману, Ф. Дикенсу и В.А.

Энгельгарду.

Расхождение путей окисления углеводов – классического (цикл Кребса) и пентозофосфатного – начинается со стадии образования

гексозомонофосфата.

Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который

фосфорилируется второй раз и превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат,

то в этом случае дальнейший распад углеводов происходит по обычному

гликолитическому пути с образованием пировиноградной кислоты,

которая, окисляясь до ацетил-КоА, затем «сгорает» в цикле Кребса.

Если второго фосфорилирования гексозо-6-монофосфата не

происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз.

В норме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от

типа ткани и ее функционального состояния.

У млекопитающих активность пентозофосфатного цикла относительно

высока в печени, надпочечниках, эмбриональной ткани и молочной железе в период лактации.

Значение этого пути в обмене веществ очень велико. Он поставляет восстановленный НАДФН, необходимый для биосинтеза жирных кислот,

холестерина и т.д. За счет пентозофосфатного цикла примерно на 50%

покрывается потребность организма в НАДФН.

Другая функция пентозофосфатного цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих

коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пентозофосфатного пути окисления глюкозы возрастает. Механизм реакций

пентозофосфатного цикла достаточно расшифрован.

Рис. Пентозофосфатный путь окисления углеводов.

Пентозофосфатный цикл начинается с окисления глюкозо-6-фосфата

и последующего окислительного декарбоксилирования продукта.

Это первая - окислительная стадия пентозофосфатного цикла.

Вторая

стадия

включает

неокислительные

превращения

пентозофосфатов с образованием исходного глюкозо-6-фосфата.

Реакции пентозофосфатного цикла протекают в цитозоле клетки.

Первая реакция – дегидрирование глюкозо-6-фосфата при участии фермента

глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

и

кофермента

НАДФ+.

Образовавшийся в ходе реакции 6-фосфоглюконо-δ-лактон – соединение нестабильное и с большой скоростью гидролизуется либо спонтанно, либо с помощью фермента 6-фосфоглюконолактоназы с образованием 6-

фосфоглюконовой кислоты (6-фосфоглюконат):

Во второй окислительной – реакции, катализируемой 6-

фосфоглюконатдегидрогеназой (декарбоксилирующей), 6-

фосфоглюконат дегидрируется и декарбоксилируется. В результате образуется фосфорилированная кетопентоза D-рибулозо-5-фосфат и еще 1 молекула НАДФН:

Под действием соответствующей эпимеразы из рибулозо-5-фосфата

может образоваться другая фосфопентоза – ксилулозо-5-фосфат.

Кроме того, рибулозо-5-фосфат под влиянием особой изомеразы

легко превращается в рибозо-5-фосфат. Между этими формами

пентозофосфатов устанавливается состояние подвижного равновесия:

При определенных условиях пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен. Однако при других условиях наступает так называемый неокислительный этап (стадия) пентозофосфатного цикла.

Реакции этого этапа не связаны с использованием кислорода и

протекают в анаэробных условиях.

В этих превращениях принимают участие ферменты: эпимераза,

изомераза, транскетолаза и трансальдолаза

При этом образуются вещества, характерные для первой стадии

гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат,

фосфотриозы), а другие – специфические для пентозофосфатного пути

(седогептулозо-7-фосфат, пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).

Основными реакциями неокислительной стадии пентозофосфатного

цикла являются транскетолазная и трансальдолазная. Эти реакции катализируют превращение изомерных пентозо-5-фосфатов:

Коферментом в транскетолазной реакции служит ТПФ, играющий роль промежуточного переносчика гликольальдегидной группы от

ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату. В результате образуется

семиуглеродный моносахарид седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-

3-фосфат.

Транскетолазная реакция в пентозном цикле встречается дважды,

второй раз – при образовании фруктозо-6-фосфата и триозофосфата в

результате взаимодействия второй молекулы ксилулозо-5-фосфата с

эритрозо-4-фосфатом:

Фермент трансальдолаза катализирует перенос остатка

диоксиацетона от седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат:

Эта реакция подобна реакции альдольного расщепления

гликолитического пути, за исключением того, что в данном случае

трёхуглеродный фрагмент, содержащий кетогруппу, переносится на альдосахар глицеральдегид-3-фосфат, а в гликолитическом пути кетофрагмент высвобождается в виде дигидроксиацетонфосфата.

Шесть молекул глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозофосфатный цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО2, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируется 5 молекул глюко-

зо-6-фосфата.

Однако это не означает, что молекула глюкозо-6-фосфата, вступающая в цикл, полностью окисляется. Все 6 молекул СО2 образуются из первого С

6-ти молекул глюкозо-6-фосфата.

Валовое уравнение окислительной и неокислительной стадий пенто-

зофосфатного цикла можно представить в следующем виде:

или

Окислительный этап образования пентоз и неокислительный этап (путь возвращения пентоз в гексозы) составляют вместе циклический процесс.

 

 

H

OH

 

6 НАДФ

+

6 НАДФН + Н+

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х 6 H

OH

 

 

 

 

 

 

H

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

HO

H

O

х 6

6-фосфоглюконо-

 

 

HO

H

O

 

 

 

 

лактон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

OH

 

 

 

 

H

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гл-6-Ф-дегидрогеназа

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

H

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O P

 

OH

 

 

 

 

O

P

OH

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гл-6-Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6-фосфоглюконо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Н2О

лактоназа

 

 

 

 

6 СО2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 НАДФН + Н+ 6 НАДФ+

 

HO

O

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рибулозо-

 

 

 

 

 

 

 

H

OH

 

х 6

6-фосфо-

 

5-фосфат

O

 

 

 

 

 

 

HO

H

 

глюконат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х 6

H

OH

6-фосфоглюконатдегидрогеназа

H

OH

 

 

 

 

H

OH

 

 

 

 

 

O

 

(декарбоксилирующая)

 

H

OH

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

P OH

 

 

 

 

 

O

P

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпимераза

 

Фосфопентоизомераза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ксилулозо-

 

 

 

 

 

 

 

H

OH

х 2

Рибозо-5-

 

5-фосфат

O

 

 

 

 

 

 

H

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

фосфат

 

 

HO

H

 

 

 

 

 

 

H

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х 4 H

OH O

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

O

P OH

 

 

 

 

O

P

OH

HO

O

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

Гликоль-альдегидная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

х 2

 

группа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Транскетолаза

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

х 2

х 2 ГАФ

 

 

 

 

 

 

HO

 

 

х 2 Седогептулозо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7-фосфат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH O

 

 

 

 

 

 

 

O

 

Диоксиацетоновая

 

 

O

P OH

 

 

 

х 2

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

HO

 

OH группа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трансальдолаза

 

 

 

 

 

 

 

 

Фр-6-Ф х 2

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

HO

O

 

 

 

H

OH

х 2

Эритрозо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

OH

 

4-фосфат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гликоль-альдегидная

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

х 2

 

H группа

 

 

O

 

P OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Транскетолаза

 

 

 

 

 

 

ГАФ х 2

 

 

 

Фр-1,6-диФ

х 2 Фр-6-Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гликолиз

6. Пентозофосфатный цикл (шунт) – это последовательность реакций прямого (апотомичекого) окисления глюкозо-6-фосфата. Протекает одновременно с гликолизом.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЛИКОЛИЗА И ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ЦИКЛА

Общие свойства:

1.Окислительное расщепление глюкоза

2.Метаболиты: гл-6-ф, фр-6-ф, фр-1,6-диф, ФГА

3.Локализация: цитозоль

4.Гормональная регуляция - инсулин/глюкагон: ↑- ускоряет, ↓- тормозит

5.Витамины: РР (НАД+, НАДФ+)

6.Условия: анаэробные

7.Реакции альдольного расщепления.

8.Протекают одновременно, взаимосвязаны, переключаются друг на друга.

Различия:

Показатель

Гликолиз

ПФШ

1.

Расщепление

Дихотомическое

Апотомическое (прямое

глюкозы

 

окисление)

2.Биологическое

Получение энергии

Синтез (анаболизм) клеточных

значение

(катаболизм)

компонентов.

3.

Конечные

Лактат (анаэробный),

НАДФН2, рибозо-5-фосфат,

продукты

ПВК (аэробный), АТФ

СО2

4.

Регуляция

Уровень АТФ

Концентрации метаболитов:

 

 

(энергообеспеченности):

1.Высокие замедляют

 

 

1.Низкий ускоряет

2.Низкие ускоряют

 

 

2.Высокий замедляет

 

5.

Коферменты

НАД (ГАФ-

НАДФ (Гл-6-ФДГ,

 

 

дегидрогеназа)

фосфоглюконатдегидрогеназа),

 

 

 

ТПФ (транскетолаза)

6.

Стадии

1.Подготовительный

1.Окислительный

 

 

2.Окислительный

2.Реакци регенерации

 

 

 

(неокислительная)

7.

Характер

Необратимый

Циклический: из 6

процесса

(обращаемый гликолиз –

фосфопентоз регенерируется 5

 

 

глюконеогенез)

фосфогексоз

8.

 

1,3-дифосфоглицерат, 2-

Седогептулозо-7-фосфат,

Специфические

фосфоглицерат, 3-

пентозо-5-фосфаты, эритрозо-

вещества

фосфоглицерат, ФЭП,

4-фосфат

 

 

лактат

 

 

Пентозофосфатный путь и гликолиз, протекающие в цитозоле,

взаимосвязаны и способны переключаться друг на друга в зависимости от

соотношения концентраций промежуточных продуктов, образовавшихся в

клетке.