Задача № 36. В эксперименте изучали превращение глюкозы в рибозо-5-фосфат окислительным путем

В эксперименте изучали превращение глюкозы в рибозо-5-фосфат окислительным путем. В качестве субстрата использовали глюкозу, меченую по 1-му атому углерода. Будет ли метка обнаруживаться в пентозе? В каком органе - печени или мышцах - скорость включения метки будет выше?

Для ответа вспомните

1. Что такое пентозофосфатный путь?

2. Какие этапы выделяют в пентозофосфатном пути?

Напишите схему окислительной части этого процесса.

Ответ к задаче №36

Нет, не будет, так как меченый атом ¹⁴С был удален в составе СО₂ в результате декарбоксилирования 6-фосфоглюконовой кислоты.

Отв1)

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ

пентозный путь, гексозомонофосфатный шунт, последовательность ферментативных реакций окисленияглюкозо-6-фосфата до СО2 и Н2О, происходящих в цитоплазме живых клеток и сопровождающихсяобразованием восстановленного кофермента — НАДФ Н. Общее уравнение П. п.: 6 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ = 6 С02 + + 12 НАДФ-Н +12 Н+ + 5 глюкозо-6-фосфат + Н3РО4. Первая группа реакций связана спрямым окислением глюкозо-6-фосфата и сопровождается образованием фосфопентозы (рибулозо-5-фосфата), восстановлением кофермента дегидрогеназ НАДФ и освобождением СО2. Во второй фазе П. п.образовавшиеся фосфопентозы претерпевают реакции изо- и эпимеризации и участвуют в неокислит,реакциях (катализируются обычно транскеталазами и трансальдолазами), приводящих в конце концов кисходному продукту всей последовательности реакций — глюкозо-6-фосфату. Т. о., П. п. цикличен по самойприроде. Характерная особенность анаэробной фазы П. п.— переход от продуктов гликолиза к образованиюфосфопентоз, необходимых для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых к-т, и наоборот, использованиепродуктов пентозного пути для перехода к гликолизу. Важнейшим соединением, обеспечивающим такойдвухсторонний переход, является эритрозо-4-фосфат — предшественник в биосинтезе ароматич.аминокислот у ав-тотрофных организмов. П. п. не является осн. путём обмена глюкозы и обычно неиспользуется клеткой для получения энергии. Биол. значение П. п. заключается в снабжении клеткивосстановленным НАДФ, необходимым для биосинтеза жирных к-т, холестерина, стероидных гормонов,пуринов и др. важнейших соединений. Ферменты П. п. используются также в темновой фазе фотосинтезапри образовании глюкозы из СО2 в цикле Калвина. П. п. широко представлен в природе и обнаружен уживотных, растений и микроорганизмов. Доля П. п. в окислении глюкозы неодинакова у разл. организмов,зависит от типа и функц. состояния ткани и может быть довольно высокой в клетках, где активно происходятвосстановит, биосинтезы. У нек-рых микроорганизмов и в нек-рых тканях животных до 2/3 глюкозы можетокисляться в П. п. У млекопитающих высокая активность П. п. обнаружена в печени, коре надпочечников,жировой ткани, молочной железе в период лактации и в эмбриональных тканях, а низкая активность П. п.— всердечной и скелетных мышцах.

Отв2)

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. К синтезу АТФ этот путь не приводит. Этот процесс поставляет клеткам кофермент NADPH (использующийся как донор водорода в реакциях восстановления и гидроксилирования) и обеспечивает клетки рибозо-5- фосфатом (который участвует в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот). Все ферменты пентозофосфатного пути локализованы в цитозоле. В пентозофосфатном пути превращения глюкозы можно выделить окислительный и неокислительный этапы образования пентоз.

• Окислительный этап поставляет клеткам два основных продукта

NADPH+Н+ и пентозы. Образования пентоз включает две реакции дегидрирования. Коферментом дегидрогеназ является NADP+, который восстанавливается до NADPH+H+. Пентозы образуются в результате реакции окислительного декарбоксилирования (рис. 6.18, А).

• Неокислительный этап не связан с образованием NADPH, он служит для синтеза пентоз. Этот этап включает обратимые реакции переноса двух и трех углеродных фрагментов с одной молекулы на другую. В этих превращениях принимают участие ферменты пентозофосфатизомеразы, транскетолаза и трансальдолаза. Транскетолаза в качестве кофермента использует тиаминдифосфат (ТДФ) - дифосфорный эфир витамина В₁. Неокислительный этап образования пентоз обратим, следовательно, он может служить для образования гексоз из пентоз. С помощью этого пути избыток пентоз, превышающий потребности клетки, может быть возвращен в фонд гексоз.

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы, как окислительный этап, так и неокислительный, может функционировать в печени, жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, эритроцитах, т.е. в органах, где активно протекают реакции гидроксилирования и восстановления, например при синтезе жирных кислот, холестерола, обезвреживания ксенобиотиков в печени и активных форм кислорода в эритроцитах и других тканях.

2. Пентозофосфатный цикл. Окислительный этап синтеза пентоз и этап возвращения пентоз в гексозы (неокислительный этап в обратном направлении) вместе составляют циклический процесс (пентозофосфатный цикл) - за один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы. Пентозофосфатный цикл функционирует в основном только в жировой ткани и печени (рис. 6.18, В). Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла

3. Промежуточные продукты пентозофосфатного пути превращения глюкозы (фруктозо-6-фосфат, глицеральдегид-3-фосфат) могут включаться в пути аэробного и анаэробного окисления и служить источником энергии для синтеза АТР.

У растений реакции пентозофосфатного пути составляют часть процесса образования гексоз из СО₂ при фотосинтезе.

4. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы в эритроцитах. В эритроцитах NADPН + Н+ используется для защиты этих клеток от активных форм кислорода. В эритроцитах присутствует антиоксидант - тиолсодержащий трипептид - глутатион (Г), восстановленная форма которого содержит SH-группы, участвующие в превращении пероксида водорода в молекулу воды. В этой реакции восстановленная форма глутатиона (Г-SH) переходит в окисленное состояние (Г-S-S-Г. Реакция SH-групп глутатиона

Этап включает две реакции дегидрирования. Во второй из этих реакций одновременно происходит декарбоксилирование, углеродная часть укорачивается, образуя пентозы. Коферментом дегидрогеназ является NADP+, который восстанавливается до NADPН + Н+;

Б - неокислительный этап пентозофосфатного пути:

Ф - остаток фосфорной кислоты, С3-С6 - число углеродных атомов. Ферменты: 1 - транскетолаза, кофермент ТДФ; 2 - трансальдолаза; 3 - транскетолаза, кофермент ТДФ; 4, 5 - Пентозофосфатизомеразы; В - Пентозофосфатный цикл:

а - окислительный этап; б - неокслительный этап в обратном направлении

с H₂O₂ предохраняет цистеиновые остатки в протомерах гемоглобина от окисления активными формами кислорода, а значит, обеспечивает сохранение его конформации и функции.

Для регенерации окисленного глутатиона в восстановленную форму используется в качестве донора водорода NADPH + H+, который образуется в реакциях окислительного пентозофосфатного этапа превращения глюкозы, одна из которых катализируется глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Восстановление глутатиона с участием NADPH+H+:

А - Строение глутатиона:

Г-SH - восстановленная форма; Г-S-S-Г - окисленная форма;

Б - Участие глутатиона в обезвреживании пероксида водорода и его регенерация:

1 - взаимодействие глутатиона с Н₂О₂ с образованием воды и окисленной формы глутатиона; 2 - регенерация глутатиона с использованием в качестве донора водорода NADPH + H+, образуемой на окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы

Дефект глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах приводит к дефициту NADPH + H+, снижению концентрации восстановленной формы глутатиона и окислению SH-групп молекул гемоглобина с образованием дисульфидных связей. Этот процесс сопровождается агрегацией протомеров гемоглобина и формированием телец Хайнца. Эритроциты теряют пластичность, необходимую для прохождения через капилляры, нарушается целостность мембраны, что может привести к гемолизу.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ИЗУЧАЕМЫЕ В МОДУЛЬНОЙ ЕДИНИЦЕ:

1. Концентрация лактата в крови в состоянии покоя - 1 ммоль/л

2. Концентрация глюкозы в крови в норме 80-100 мг/дл (3.3 -5.5 ммоль/л)

3. Энергетический эффект аэробного распада 1 моль глюкозы до СО₂

и Н₂О - 38 (36) моль АТФ

Отв3)

Суммарно весь процесс можно представить в виде следующего уравнения:

глюкозо-6-фосфат + 2НАДФ+ переходит обратимо в

рибозо-5-фосфат + СО2 + 2НАДФ*Н2.