Пентозофосфатный путь превращения глюкозы
Пентозофосфатный путь – альтернативный путь окисления глюкозы. Его функции:
- поставляет клеткам кофермент НАДФН, использующийся как донор водорода в реакциях восстановления;
- обеспечивает клетки пентозофосфатами для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот.
Пентозофосфатный путь не приводит к синтезу АТФ.
Ферменты пути локализованы в цитозоле.
Пентозофосфатный путь образования пентоз протекает в печени, жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, эритроцитах.
В пентозофосфатном пути превращения глюкозы выделяют окислительный и неокислительный пути образования пентоз.
Окислительный путь включает две реакции дегидрирования. Коферментом дегидрогеназ является НАДФ+, восстанавливающийся в НАДФН. Пентозы образуются при окислительном декарбоксилировании.
Неокислительный путь включает реакции переноса 2- и 3-х углеродных фрагментов с одной молекулы на другую. Этот путь служит для синтеза пентоз. Процесс обратим, и из пентоз могут образовываться гексозы.
1). Дегидрирование глюкозо-6-фосфата при участии глюкозо-6-фос-фатдегидрогеназы и кофермента НАДФ+ с образованием 6-фосфоглюконо-d-лактона и НАДФН:
2). 6-фосфоглюконо-d-лактон нестабилен и гидролизуется с образованием 6-фосфоглюконата (фермент – 6-фосфоглюконолактоназа):
3). Дегидрирование и декарбоксилирование 6-фосфоглюконата с образованием рибулозо-5-фосфата (пентоза) и НАДФН при участии декарбоксилирующей 6-фосфоглюконатдегидрогеназы:
4). Под действием эпимеразы из рибулозо-5-фосфата образуется ксилулозо-5-фосфат (пентоза). Под влиянием изомеразы рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат (пентоза). Между формами пентозофосфатов устанавливается равновесие:
На этом этапе пентозофосфатный путь может быть завершен.
При определенных условиях наступает неокислительная стадия пентозофосфатного цикла, протекающая анаэробно: образуются вещества, характерные для гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат, фосфотриозы), и вещества, специфические для пентозофосфатного пути (седогептулозо-7-фосфат, пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).
5). Транскетолазная реакция взаимодействия ксилулозо-5-фосфата и рибозо-5-фосфата (кофермент – тиаминпирофосфат, переносит гликоальдегидную группу от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату):
6). Транскетолазная реакция взаимодействия ксилулозо-5-фосфата и эритрозо-4-фосфата:
7). Трансальдолазная реакция – трансальдолаза катализирует перенос остатка диоксиацетона от седогептулозы-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат:
Шесть молекул глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном цикле образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО2. Из 6 молекул рибулозо-5-фосфата регенерируется 5 молекул глюкозо-6-фосфата:
6Глюкозо-6-фосфат + 7Н2О + 12НАДФ+ ®
® 5Глюкозо-6-фосфат + 6СО2 + Pi + 12НАДФН + 12Н+.
Промежуточные продукты цикла (фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат) включаются в гликолиз.
ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ
Глюконеогенез – синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы, протекающий в основном в печени, и, менее интенсивно, – в корковом веществе почек и слизистой оболочке кишечника. Большинство реакций глюконеогенеза являются обратными гликолизу и катализируются теми же ферментами (рис. 41).
| ГЛЮКОЗА |
| ГЛЮКОЗО-6-ФОСФАТ |
| Н2О |
| Н3РО4 |
| ФРУКТОЗО-6-ФОСФАТ |
| ФРУКТОЗО-1,6-БИСФОСФАТ |
| ГЛИЦЕРАЛЬДЕГИД-3-ФОСФАТ |
| 1,3-БИСФОСФОГЛИЦЕРИНОВАЯ КИСЛОТА |
| 3-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВАЯ КИСЛОТА |
| 2-ФОСФОГЛИЦЕРИНОВАЯ КИСЛОТА |
| ФОСФОЕНОЛПИРУВАТ |
| ПИРУВАТ |
| ЛАКТАТ |
| ДИОКСИАЦЕТОН- ФОСФАТ |
| Н3РО4 |
| Н2О |
| ОКСАЛОАЦЕТАТ |
| СО2 |
| АТФ |
| Н3РО4 |
| АДФ |
| ГДФ |
| ГТФ |
| СО2 |
Рис. 41. Схема гликолиза и глюконеогенеза
Функция глюконеогенеза – поддержание уровня глюкозы в крови при длительном голодании и интенсивных физических нагрузках. Постоянное поступление глюкозы в качестве источника энергии особенно необходимо для нервной ткани и эритроцитов.
Субстраты глюконеогенеза – ПВК, молочная кислота, глицерин, аминокислоты, метаболиты цикла Кребса. Их включение в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма.
На примересинтеза глюкозы из пируватарассмотрим подробно реакции, не являющиеся обратными реакциям гликолиза (гексокиназная (1), фосфофруктокиназная (3), пируваткиназная (10)).
1-ый этап – образование фосфоенолпирувата из ПВК.
а) карбоксилирование ПВК под влиянием пируваткарбоксилазы с образованием оксалоацетата в митохондрии:
Пируваткарбоксилаза – митохондриальный фермент, аллостерическим активатором которого является ацетил-KоА.
Для оксалоацетата митохондриальная мембрана непроницаема, поэтому оксалоацетат в митохондриях превращается в малатпри участии митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы:
Малат выходит из митохондрии через митохондриальную мембрану в цитозоль, где под действием цитоплазматической НАД-зависимой малатдегидрогеназы окисляется в оксалоацетат:
б) в цитозоле клетки протекает декарбоксилирование и фосфорилирование оксалоацетата с образованием фосфоенолпирувата; фермент – фосфоенолпируваткарбоксикиназа:
2-ой этап – превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат.
Фосфоенолпируват в результате обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-фосфат. Далее следует необратимая фосфофруктокиназная реакция гликолиза. Глюконеогенез идет в обход этой реакции:
3-ий этап – образование глюкозы из фруктозо-6-фосфата.
Фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат, который дефосфолирируется (реакция протекает в обход гексокиназной) под влиянием глюкозо-6-фосфатазы:
