БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 12. МЕТАБОЛІЗМ ВУГЛЕВОДІВ

12.1.Катаболічні перетворення вуглеводів

12.1.4.Пентозофосфатний шлях окиснення вуглеводів

Пентозофосфатний шлях (або гексозомонофосфатний шунт) - це шлях прямого окиснення глюкозо-6-фосфату з утворенням проміжного метаболіту - рибулозо-5-фосфату, який у наступному циклі реакцій взаємоперетворень фосфат-цукрів знову змінюється на глюкозо-6-фосфат.

Біохімічне значення цього шляху альтернативного катаболізму глюкози полягає в утворенні відновних еквівалентів у формі НАДФН і пентозофосфатів, які, залежно від потреб клітин, можуть бути використані для синтезу нуклеотидів (рибозо-5-фосфат) або трансформуються в гліцеральдегід-3-фосфат і фруктозо-6-фосфат і включаються у гліколіз. Ферменти, що каталізують реакції пентозофосфатного шляху окиснення глюкози, як і ферменти реакцій її гліколітичного розщеплення, локалізовані в цитоплазмі клітини.

На шляху пентозофосфатного окиснення (рис. 12.9) активована молекула глюкози - глюкозо-6-фосфат - спочатку окиснюється глюкозо-6-фосфатдегідрогеназою з утворенням 6-фосфо-глюконо-δ-лактону:

Далі 6-фосфоглюконолактон гідрагується за участю лактонази до 6-фосфоглюконаіу, який під впливом 6-фосфоглюконатдегід- рогенази (декарбоксилювальної) зазнає одночасного дегідрування та декарбоксилювання й перетворюється в D-рибулозо-5-фосфат:

Акцепторами атомів водню як у першій, так і в другій реакціях дегідрування слугують молекули коферменту НАДФ⁺.

Рис. 12.9. Пентозофосфатний шлях розщеплення глюкози:

1 - глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа; 2 - глюконолактоназа; 3 - 6-фосфоглюконатдегідрогеназа (декарбоксилювальна);

4 - фосфопентоізомераза; 5 - рибулозофосфатепімераза; 6 - транскетолаза; 7 - трансальдолаза;

8 - глюкозофосфатізомераза; 9 - тріозофосфатізомераза; 10 - альдолаза; 11 - фруктозодифосфатаза.

У дужках праворуч вказано кількість молекул, які беруть участь у реакціях окисної фази

Утворений рибулозо-5-фосфат у двох альтернативних реакціях може або ізомеризуватися за участю фосфопентоізомерази (рибо- зо-5-фосфаткетоізомерази) у рибозо-5-фосфат, або за дії рибулозофосфатепімерази перетворюватися у ксилулозо-5-фосфат:

У більшості клітин з утворенням цих фосфопентоз, які зазвичай перебувають у стані динамічної рівноваги, пентозофосфатний шлях завершується. Відповідно до сумарного рівняння процесу

окиснення однієї молекули глюкозо-6-фосфату супроводжується регенерацією двох молекул цитоплазматичного відновника НАДФН, а також утворенням рибозо-5-фосфату - проміжного продукту метаболізму вуглеводів, який може бути використаний як в анаболіч- них процесах (біосинтезі нуклеотидів і нуклеїнових кислот), так і в катаболічних реакціях пентозофосфатного шляху та гліколізу.

При активації відновних процесів у тканинах і, відповідно, збільшенні потреби в НДДФН, утворені в окисній стадії пентозо- фосфатного шляху пентозофосфати у оборотних реакціях наступної стадії перетворюються у глюкозо-6-фосфат, який знову перетворюється у фосфопентозу, підтримуючи обертання гексозо- монофосфатного шунта.

Оборотні перетворення пентоз відбуваються в разі сумісної дії двох ензимів - транскетолази і трансальдолази, які каталізують перенесення дво- та трикарбонових фрагментів молекул між пентозофосфатами (рис. 12.9).

Спочатку транскетолаза (за участю коферменту тіамінпірофосфату) каталізує перенесення глікольальдегідної групи від ксилулозо-5-фосфату на рибозо-5-фосфат з утворенням кетогептози D-седогептулозо-7-фосфату й альдотріози D-гліцеральдегід-З-фосфату. Далі трансальдолаза каталізує перенесення трикарбонового фрагмента - дигідроксіацетону - від молекули седогептулозо-7-фосфату на гліцеральдегід-3-фосфат. У результаті гліцеральдегід-3-фосфат трансформується у фруктозо-6-фосфат:

Чотирикарбоновий залишок молекули седогептулозо-7-фосфату у вигляді еритрозо-4-фосфату в наступній транскетолазній реакції взаємодіє з другою молекулою ксилулозо-5-фосфату й перетворюється у фруктозо-6-фосфат.

Другий продукт транскетолазної реакції - гліцеральдегід-3- фосфат за участю тріозофосфатізомерази може змінюватися на дигідроксіацетофосфат, який в альдолазній реакції з гліцеральдегід-З-фосфатом утворює фруктозо-1,6-дифосфат. У випадку послідовної дії ферментів фруктозодифосфатази та глюкозофосфатізомерази фруктозо-1,6-дифосфат трансформується у глюкозо-6-фосфат, який знову може окиснюватися в оксидоредуктазних реакціях пентозофосфатного шляху:

Ураховуючи той факт, що повне окиснення однієї молекули глюкозо-6-фосфату здійснюється за шість обертів пентозофосфатного шунту, сумарне рівняння процесу можна записати таким чином:

Інтенсивність окиснення глюкозо-6-фосфату на пентозофосфатному шляху регулюється на першому етапі. Активність регуляторного ферменту процесу глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, для якого НАДФН є інгібітором, контролюється в клітинах співвідношенням НАДФ+/НАДФН. Тому повне окиснення глюкозо-6- фосфату на пентозофосфатному шляху відбувається тільки в клітинах, де у відновних реакціях біосинтезів використовується НАДФН як джерело відновних еквівалентів, зокрема при синтезі жирних кислот, стероїдів, амінокислот (за участю глутаматдегідрогенази), відновленні глутатіону тощо. Ось чому пентозофосфатний шлях активно проходить у печінці, жировій тканині, корі надниркових залоз, щитоподібній залозі, сім'яниках, еритроцитах, молочних залозах у період лактації, де значна частина глюкози (до 30 %) окиснюється прямим шляхом. Однак пентозофосфатний шлях малоактивний у нелактуючий період у молочній залозі й зовсім непомітний у скелетних м'язах.

Завдяки продуктам транскетолазних, трансальдолазних і альдолазних реакцій - гліцеральдегід-3-фосфату, фруктозо-6- фосфату і фруктозо-1,6-дифосфату, які є також проміжними метаболітами гліколізу, пентозофосфатний шлях перетинається з останнім у декількох місцях, що зумовлює можливість взаємо- переходів і обміну проміжними метаболітами.