У цій статті ми розглянемо один з варіантів окислення глюкози – пентозофосфатний шлях. Будуть розібрані і описані варіанти протікання цього явища, способи його здійснення, потреба у ферментах, біологічне значення та історія відкриття.

Знайомство з явищем

Пентозофосфатний шлях – це один із способів окислення С6Н12О6 (глюкози). Складається з окисної і неокисному стадії. Загальне рівняння процесу: 3глюкозо-6-фосфат+6НАДФ - a3CO 2 +6(НАДФН+Н - )+2фруктозо-6-фосфат+глицеральдегид-3-фосфат. Після проходження окисного пентозофосфатного шляху молекула гицеральдегида-3-фосфату перетворюється в піруват і утворює 2 молекули аденозинтрифосфорної кислоти. Тварини і рослини серед своїх субодиниць мають широке поширення такого явища, а ось мікроорганізми використовують тільки в якості допоміжного процесу. Всі ферменти шляху розташувалися в клітинній цитоплазмі у тварин та рослинних організмів. Крім цього, ссавці містять ці речовини також в ЕПС, а рослини в пластидах, конкретно в хлоропластах.


Пентозофосфатний шлях окислення глюкози подібний до процесу гліколізу і має надзвичайно довгий еволюційний шлях. Ймовірно, у водному середовищі архею, до появи життя в сучасному її розумінні, протікали реакції, мають саме пентозофосфатную природу, але каталізатором такого циклу був не фермент, а металеві іони.

Види існуючих реакцій

Як було зазначено раніше, пентозофосфатний шлях розрізняє в собі два етапи, або циклу: окислювальний і неокислительний. В результаті окисної частини шляху відбувається окислення С6Н12О6 від глюкозо-6-фосфату до рибулозо-5-фосфату, в кінцевому підсумку відбувається відновлення НАДФН. Суть неокислювальної етапу полягає у допомозі для синтезу пентози і включення себе в оборотну реакцію перенесення 2-х – 3-х вуглецевих «шматочків». Далі знову може відбуватися переведення пентоз у стан гексоз, що обумовлюється надлишком самої пентози. Каталізатори, які беруть участь у даному шляху, поділяються на 3 ферментативні системи:

система дегидриро–декарбоксилювання;

система ізомеризуючого типу;

система, призначена для перенастроювання цукрів.

Реакції, супроводжувані окисленням і без нього

Окислювальна частину шляху представлена в наступному рівнянні: Глюкозо6фосфат+2НАДФ + +Н2Оaрибулозо5фосфат+2 (НАДФН+Н + )+СО2. У неокислительном етапі є два каталізатора у формі трансальдолази і транскетолази. Вони прискорюють розрив зв'язку С-С і перенесення вуглецевих фрагментів ланцюга, що утворюються в внаслідок цього розриву. Транскетолаза експлуатує кофермент тиаминпирофосфата (ТРР), який являє собою витаминовие ефіри (В 1 ) дифосфорного типу. Загальна форма рівняння етапу в неокислительном варіанті: 3 рибулозо5фосфатa1 рибозо5фосфат+2 ксилулозо5фосфатa2 фруктозо6фосфат+глицеральдегид3фосфат. Спостерігати окислювальну різновид шляху можна тоді, коли використовується НАДФН кліткою або іншими словами, коли оНАДФН переходить в стандартне положення в невосстановленной формі. Використання реакції гліколізу або описаного шляху залежить від кількості концентрації НАДФ + в товщі цитозола.

Цикл шляху

Підводячи підсумки, отримані завдяки аналізу загального рівняння шляху неокислювальної варіанти, ми бачимо, що пентози можуть повертатися від гексозов в моносахариди глюкози, використовуючи пентозофосфатний шлях. Подальше перетворення пентози в гексоз становить пентозофосфатний циклічний процес. Розглядуваний шлях і всі його процеси зосереджені, як правило, у жирових тканинах та печінці. Сумарно рівняння можна описати як:
6 глюкозо-6-фосфат+12надф+2Н2Оa12(НАДФН+Н + )+5 глюкозо-6фосфат+6 CO2.

Неокислительний тип пентозофосфатного шляху

Неокислительний етап пентозофосфатного шляху може здійснювати перебудову глюкози без від'єднання CO2 що можливо завдяки ферментативній системі (вона перебудовує цукру і ферменти гликолитической природи, які переводять глюкозо-6-фосфат у стан глицеральдегид-3-фосфату). При вивченні метаболізму дріжджів, утворюють ліпіди (у яких відсутня фосфофруктокиназа, що не дає їм можливості окислювати моносахариди С6Н12О6 за допомогою гліколізу) з'ясувалося, що глюкоза у величині 20% піддається окисленню за допомогою пентозофосфатного шляху, а інші 80% піддаються перенастроюванні на неокислительном етапі шляху. Наразі невідомим залишається відповідь на питання, як конкретно утворюється 3-х вуглецеве з'єднання, яке може створюватися лише при гліколізі.

Функція для живих організмів

Значення пентозофосфатного шляху у тварин і рослинних організмів, а також мікроорганізмів практично однакова Всі клітини здійснюють цей процес з метою утворити відновлений варіант НАДФН, що буде використовуватися в якості водневого донора в реакції відновного типу і гидроксилировании. Ще одна функція – це забезпечення клітин рибозо-5-фосфат. Незважаючи на те, що НАДФН може утворитися і внаслідок окислення малату з утворенням пірувату і СО2 і в разі дегідрування изоцитрата, отримання еквівалентів відновного характеру відбувається завдяки пентозофосфатному процесу. Ще одним з інтермедіатів цього шляху є эритрозо-4-фосфат, який, піддаючись конденсації з фосфоенолпируватами, кладе початок утворенню триптофану, фенилаланинов і тирозинов.
Функціонування пентозофосфатного шляху спостерігається у тварин в органах печінки, молочних залоз під час лактації, сім'яниках, корі надниркових залоз, а також в еритроцитах і жирових тканинах. Це викликано наявністю активно проходять реакцій гідроксилювання та регенерації, наприклад, під час синтезу кислот жирного типу, також спостерігається під час знищення ксенобіотиків у тканинах печінки та активної кисневої форми в клітинах еритроцитів і інших тканинах. Подібні процеси викликають високу потребу в різноманітних еквівалентах, включаючи НАДФН. Розглянемо на прикладі еритроцитів. В цих молекулах знешкодженням активної кисневої форми займається глутатіон (трипептид). Це з'єднання, піддаючись окислення, переводить водневий пероксид в Н2О, але зворотний перехід від глутатіону у відновлену варіацію можливий при наявності НАДФН+Н + . Якщо в клітці є дефект глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, то можна спостерігати агрегацію гемоглобинових промоторів, внаслідок чого еритроцит втрачає свою пластичність. Їх нормальне функціонування можливе лише при повноцінній роботі пентозофосфатного шляху. Рослинний пентозофосфатний шлях зворотного порядку створює основу для протікання темнової фази фотоситнеза. Крім цього, деякі рослинні групи багато в чому залежать від даного явища, яке може зумовити, наприклад, швидке взаимопревращение цукрів і т. д. Роль пентозофосфатного шляху для бактерій укладена в реакціях метаболізму глюконатов. Ціанобактерії використовують даний процес в силу відсутності повноцінного циклу Кребса. Інші бактерії експлуатують це явище для подвергания окислення різних цукрів.

Процеси регуляції

Регуляція пентозофосфатного шляху залежить від наявності потреби в глюкозо-6-фосфату кліткою і рівнем концентрації НАДФ + в рідини цитозолю. Саме ці два фактори визначать, чи буде вищезгадана молекула вступати в реакції гліколізу або на шлях пентозофосфатного типу. Відсутність електронних акцепторів не дозволить перших етапах шляху протікати. При швидкому перекладі НАДФН у НАДФ + піднімається рівень концентрації останнього. Відбувається аллостерическое стимулювання глюкозо6фосфатдегидрогенази і внаслідок цього збільшується кількість потоку глюкозо-6-фосфату за допомогою пентозофосфатного шляху типу. Уповільнення споживання НАДФН призводить до зниження рівня НАДФ + , а глюкозо-6-фосфат піддається утилізації.

Історичні дані

Свій шлях досліджень пентозофосфатний шлях розпочав завдяки тому, що було звернуто увагу на відсутність зміни споживання глюкози інгібіторами гліколізу загального типу. Практично одночасно з цією подією О. Варбург здійснив відкриття НАДФН і зайнявся описом окислення глюкозо-6-фосфатів до 6-фосфоглюконових кислот. До того ж було доведено, що С6Н12О6 зазначена ізотопами 14 З (відмітка в С-1), переходила в 14 СО2 відносно швидше, ніж ця ж молекула, але зазначена С-6. Саме це показало важливість процесу утилізації глюкози за допомогою альтернативних шляхів. Ці дані були опубліковані В. К. Гансалусом 1995.

Висновок

І так, ми бачимо, що цей шлях використовується клітинами як альтернативний спосіб окислення глюкози і ділиться на два варіанти, в яких він може протікати. Дане явище спостерігається у всіх форм багатоклітинних організмів і навіть у багатьох мікроорганізмів. Вибір способів окислення залежить від різноманітних чинників, наявності певних речовин в клітині на момент протікання реакції.