14. Пентозофосфатный путь окисления и его роль

Реакции пентозофосфатного пути протекают в растворимой части цитоплазмы клеток, а также в пропластидах и хлоропластах. ПФП наиболее активен в тех клетках, где интенсивно идут синтезы: липидных компонентов клеточных мембран, нуклеиновых кислот, компонентов клеточных стенок, фенольных соединений и др. АТФ в ПФП используется только для образования исходного соединения – глюкозо-6-фосфата; ни в одной реакции этого цикла АТФ не образуется. ПФП – циклический процесс.

Глюкозо-6-фосфат, образованный в начале гликолиза в ре­зультате фосфорилирования глюкозы, может подвергаться дальнейшим преобразованиям в окислительном пентозофосфатном цикле. Окисление глюкозы по пентозофосфотному пути осуществляется в результате 12 реакций. В ПФП можно выделить два этапа:

1 – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, 2 – глюконолактоназа, 3 – фосфоглюконатдегидрогеназа, 4 – фосфопентоэпимераза, 5 – фосфопентоизомераза, 6, 8 – транскетолаза, 7 – трансальдолаза, 9 – триозофосфатизомераза, 10 – альдолаза, 11 – фосфатаза, 12 - гексофосфатизомераза

1) окисление глюкозы:

▪ Дегидрирование глюкозо-6-фосфата глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой (акцептор электронов − НАДФ+) с образованием лактона 6-фосфоглюконовой кислоты.

▪ Лактон самопроизвольно или под действием глюконолактоназы гидролизуется, образуя 6-фосфоглюконовую кислоту.

▪ В этой окислительной реакции, катализируемой НАДФ- и Мn²⁺-зависимой фосфоглюконатдегидрогеназой, 6-фосфоглюконовая кислота дегидрируется и декарбоксилируется и образуются D-рибулозо-5-фосфат и восстановленный НАДФH и CO₂.

2) Рекомбинацию сахаров для регенерации исходного субстрата:

▪ Из рибулозо-5-фосфата под действием фосфопентоэпимераза образуется ксилулозо-5-фосфат, а под действием фосфопентозоизомеразы — D-рибозо-5-фосфат, который может использоваться при биосинтезе рибонуклеотидов и дезоксирибонуклеотидов.

▪ Рекомбинации сахаров с участием транскетолазы и трансальдолазы приводят к появлению 3-ФГА и седогептулозо-7-фосфата, затем эритрозо-4-фосфата и фруктозо-6-фосфата.

▪ В результате образуются фруктозо-6-фосфаты, которые изомеризуются в глюкозо-6-фосфат.

Для прохождения полного цикла необходимы три молекулы глюкозо-6-фосфата. Из 6 молекул глюкозо-6-фосфата образуются 6 молекул СО₂ и 6 молекул рибулозо-5-фосфата, из которых восстанавливается 5 молекул глюкозо-6-фосфата. При этом также образуется 12 молекул НАДФН, которые при окислении в дыхательной электронтранспортной цепи могут дать 36 молекул АТФ, что не уступает энергетическому выходу гликолитического пути.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ:

– Поставляет клеткам кофермент НАДФН, использующийся как донор водорода в реакциях восстановления.

– Обеспечивает клетки рибозо-5-фосфатом для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

– Реакции пентозофосфатного пути в обратном направлении составляют восстановительный пентозофосфатный путь — основу сахарообразующих реакций фотосинтеза.

– Источник образования углеводов с различным числом углеродных атомов в цепи. Эритрозо-4-фосфат, возникающий в ПФП, участвует в образовании шикимовой кислоты – предшественника многих ароматических соединений, таких как ароматические аминокислоты, витамины, дубильные и ростовые вещества, лигнин клеточных стенок.

– Компоненты ПФП (рибулозо-1,5-дифосфат, НАДФ-Н) принимают участие в темновой фиксации СО₂.

– В хлоропластах окислительный ПФП функционирует в темноте, предотвращая резкое изменение концентрации НАДФН в отсутствие света. Кроме того, триозофосфаты этого цикла в хлоропластах превращаются в 3-ФГК, что важно для поддержания в них уровня АТФ в темноте.