3. Окислительный пентозофосфатный цикл

Пентозофосфатный цикл (или гексозомонофосфатный шунт), часто называют анатомическим окислением, в отличии от гликолитического или дихотомического, при котором образуется 2 триозы. Активно идет в тех клетках и тканях растений, где активно синтезируются такие вещества, как НК, липиды, компоненты клеточных стенок, фенольные соединения. Протекает в анаэробных условиях. Его условно можно разделить на две фазы:

• окислительную и

• рекомбинации сахаров и регенерации исходного субстрата.

Первая фаза включает превращение глюкозо-6-фосфата в рибулозо-5-фосфат и СО₂, при этом восстанавливаются 2 молекулы НАДФ⁺. Вначале глюкозо-6-фосфат окисляется дегидрогеназой (НАДФ+) до 6-фосфоглюконолактона, который в результате гидратирования превращается в 6-фос­фоглюконовую кислоту:

С₆Н₁₁0_б(Н₂РО₄) + НАДФ + Н₂0 = С₆Н₁₁0₆(Н₂РО₄) + НАДФ·Н,

6-фос­фоглюконовая кислота затем подвергается окислительному декарбоксилированию с участием НАДФ-зависимого фермента 6-фосфоглюконолактондегидрогеназы (декарбоксилирующей) с образовани­ем пятиуглеродных фосфорилированных сахаров (рибулозо-5-фосфата) и СО₂:

С₆Н₁₁0₆(Н₂РО₄) + НАДФ⁺ = С₅Н₉0₄(Н₂РО₄) + НАДФ·Н + СО₂.

СХЕМА ЦИКЛА

В фазе регенерации участвуют только фосфорные эфиры саха­ров, причем те же, что и в фотосинтетическом цикле Кальвина. В ходе процесса образуются рибозо-5-фосфат, и ксилулоза-5-фосфат, седогептулозо-7-фосфат, эритрозо-4-­фосфат, фруктозо-6-фосфат и ФГА. Наличие общих промежуточных продуктов в цикле Кальвина и ОПЦ свидетельствует о том, что эти соединения могут переходить в случае необходимос­ти из одного цикла в другой.

Совокупность реакций ОПЦ за­ключается в том, что из шести молекул глюкозо-6-фосфата одна молекула окисляется до СО₂, а остальные пять регенерируют вновь и выходят из цикла. При этом восстанавливаются 12 моле­кул НАДФ⁺. Суммарное уравнение ОПЦ выглядит так:

6 глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ⁺ + 7 Н₂0 

5 глюкоза-6-фосфат + 6 СО₂ + 12 НАДФ^.Н + 12 Н⁺ + Н₃РО₄.

ОПЦ представляет собой анаэробное окисление, сопровож­даемое в отличие от гликолиза выделением СО₂. Этот процесс, так же как и гликолиз, локализован в цитоплазме, но частично происходит и в пластидах (пропластиды, хлоропласты).

Однако наибольшее значение этот цикл имеет как источник водорода из НАДФ·Н, необходимого для восстанови­тельного синтеза аминокислот, жирных кислот и других соедине­ний. Эритрозо-4-фосфат - промежуточный продукт цикла ­принимает непосредственное участие в образовании шикимовой кислоты, необходимой для синтеза фенолов, ауксинов и других ароматических физиологически активных соединений.

Вторая важнейшая функция ПФЦ - образование пентоз (рибозы, ксилозы, ксилулозы и др.), необходимых для биосинтеза НК, витаминов, ферментов, АТФ, пентозанов и др. Цикл является для животных единственным источником рибозы и дезоксирибозы.

Рибулозо-5-фосфат в ходе реакции изоме­ризации переходит в альдоформу рибозо-5-фосфат. Эти сахара выполняют в клетке разные функции:

• включаются в полимеры клеточ­ной стенки (пентозаны),

• окисляются с образованием СО₂, Н₂0 и энергии,

включаются в нуклеотиды РНК и ДНК или АТФ.

В цикле восстанавливаются 12 молекул НАДФ, и в результате транспорта электронов от НАДФ·Н по дыхательной цепи митохондрий синтезируется 12·3=36 молекул АТФ. Чистый выход энергии за вычетом молекулы АТФ, потраченной на фосфорилирование глюкозы, составит 35 АТФ.

В регуляции скорости пентозофосфатного цикла наряду с концентрацией Рн, важную роль играет содержание НАДФ⁺. Так, например, восстановительное аминирова­ние кетокислот, как и другие биосинтезы, протекающие с ис­пользованием НАДФ·Н и соответственно увеличением НАДФ⁺, активирует ОПЦ. Важную роль в переключении с гликолиза на ОПЦ играет эритрозо-4-фосфат.

При стрессах (дефиците питания, света, влаги, а также при старении) ткани переходят на ОПЦ, он является более надежным и филогенетически более старым.