Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985

Биоэнергетика и метаболизм
Цикл лимонной кислоты
Вторичные пути катаболизма глюкозы: пентозофосфатный путь

Большая часть глюкозы расщепляется в животных тканях по гликолитическому пути с образованием пирувата. В свою очередь большая часть пирувата окисляется через цикл лимонной кислоты. Главный смысл расщепления глюкозы в процессе гликолиза заключается в обеспечении клетки энергией в форме АТР. Наряду с этим существуют, однако, и другие, второстепенные, пути катаболизма глюкозы, имеющие специальное назначение. Эти пути составляют часть вторичного метаболизма глюкозы, на них вырабатываются особые продукты, в которых нуждается клетка. В этом разделе и в следующем мы коротко охарактеризуем два таких пути.

Рис. 16-19. Реакции свойственные только глиоксилатному циклу. А. Превращение изоцитрата в сукцинат и глиоксилат. Б. Конденсация глиоксилата и ацетил-СоА. в результате которой образуется малат.

Пентозофосфатный путь, называемый также фосфоглюконатным путем (рис. 16-20), поставляет в животных тканях два специальных продукта: NADH и рибозо-5-фосфат. Напомним, что NADH является одним из переносчиков химической энергии и что он передает эту энергию в форме восстановительной способности (разд. 13.9). Особенно важна эта функция в тех тканях, в которых протекает активный биосинтез жирных кислот и стероидов из малых молекул-предшественников, в частности в молочной железе, жировой ткани, коре надпочечников и печени. При биосинтезе жирных кислот восстановительная способность в форме NADH требуется для восстановления двойных связей в молекулах, играющих в этом процессе роль промежуточных продуктов. В тканях, в которых биосинтез жирных кислот выражен слабо, например в скелетных мышцах, пентозофосфатный путь практически отсутствует. Другая функция этого пути заключается в образовании пентоз (в частности, D-рибозы), которые используются для синтеза нуклеиновых кислот.

Первой реакцией пентозофосфатного пути является ферментативное дегидрирование глюкозо-6-фосфата до 6-фосфо-глюконата, катализируемое глюкозо-6- фосфатдегидрогеназой (рис. 16-20). Акцептором электронов служит при этом NADP⁺. В качестве первого продукта образуется 6-фосфоглюконо-б-лактон, гидролизующийся затем до свободной кислоты под действием специфической лактоназы (рис. 16-20). Равновесие суммарной реакции сильно смешено в сторону образования NADPH. На следующей стадии 6-фосфоглюконат подвергается дегидрированию и декарбоксилированию под действием 6-фосфоглюконатдегидрогеназы. Эта реакция приводит к образованию кетопентозы D-рибулозо-5-фосфата (рис. 16-20) и еще одной молекулы NADPH. Фосфопентозоизомераза катализирует превращение D-рибулозо-5-фосфата в его альдоизомер, D-рибозо-5-фосфат (рис. 16-20), который может использоваться при биосинтезе рибонуклеотидов и дезоксирибонуклеотидов. В некоторых клетках пентозофосфатный путь на этом кончается, и тогда его суммарное уравнение может быть записано в следующем виде:

Рис. 16-20. Пентозофосфатный путь.

В итоге образуются NADPH, который используется для реакций восстановительного биосинтеза в цитоплазме, и D-рибозо-5-фосфат, играющий роль предшественника при синтезе нуклеотидов.

Пентозофосфатный путь активно реализуется и в эритроцитах человека. Образующийся NADPH предохраняет ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав клеточной мембраны, от аномальных взаимодействий с кислородом, и он же способствует поддержанию нормальной степени окисления атомов железа гемоглобина (Fe²⁺). Существует группа наследственных болезней человека, при которых активность глюкозо-6-фосфат - дегидрогеназы и некоторых других ферментов пентозофосфатного пути понижена или вообще отсутствует. У таких больных наблюдается патологический гемолиз - разрушение эритроцитов с выделением из них (через поврежденную мембрану) гемоглобина, что приводит к развитию анемии. Состояние резко ухудшается под влиянием некоторых лекарственных препаратов, особенно под влиянием противомалярийного препарата примахина. В Африке и Азии от этих наследственных болезней страдают многие миллионы людей.

Ниже мы рассмотрим другие аспекты пентозофосфатного пути (гл. 23).