Пентозофосфатный путь обмена углеводов

Пентозофосфатный путь распада глюкозы (ПФП) называется также гексозомонофосфатным шунтом или фосфоглюконатным путем. Это альтернативный путь гликолизу и ЦТК для окисления глюкозы.

Ферменты пентозофосфатного пути локализованы в цитозоле. Наиболее активно ПФП протекает в почках, печени, жировой ткани, коре надпочечников, эритроцитах, лактирующей молочной железе. В большинстве из этих тканей протекает процесс биосинтеза жирных кислот и стероидов, что требует НАДФН.

Выделяют 2 стадии ПФП: окислительную и неокислительную.

Окислительная стадия ПФП включает пять реакций:

1. Глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназа является НАДФ-зависимым ферментом и дегидрирует глюкозо-6-фосфат в 6-фосфоглюконолактон.

2. 6-фосфоглюконолактон – нестабильное соединение, которое либо спонтанно, либо с помощью фермента лактоназы гидролизуется с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты (6-фосфоглюконата).

3. 6-фосфоглюконатдегидрогеназа (декарбоксилирующая) дегидрирует и декарбоксилирует 6-фосфоглюконат. В результате образуется рибулозо-5-фосфат.

 

4. Под действием эпимеразы из рибулозо-5-фосфата образуется ксилулозо-5-фосфат,

5. Фермент изомераза превращает рибулозо-5-фосфат в рибозо-5-фосфат. Если рибозо-5-фосфат вовлекается в анаболические процессы, пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен. Для этого рибозо-5-фосфат превращается в 5-фосфорибозил 1-пирофосфат (ФРПФ) в реакции, катализируемой рибофосфат-пирофосфокиназой.

Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа лимитирует превращения в окислительных реакциях пентозофосфатного пути. Активность окислительных реакций пентозофосфатного пути оценивают по трем показателям: 1) активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы; 2) по количеству ФРПФ; 3) объему биосинтеза пуриновых нуклеотидов. По степени выраженности окислительных реакций пентозофосфатного пути на основании количественной оценки этих трех показателей органы располагаются в последовательности: почки > печень > сердечная мышца > скелетная мышца.

Неокислительные реакции могут начинаться от фруктозо-6-фосфата и завершаться образованием пентозофосфатов или они могут быть продолжением окислительных реакций, включая превращения пентозофосфатов до фруктозо-6-фосфата (последний вариант превращений ранее назывался «пентозный цикл»).

Процесс включает взаимопревращения моносахаридов, содержащих 3, 4, 5 и 6 углеродных атомов:

6. Под действием транскетолазы (кофермент тиаминпирофосфат) происходит взаимодействие ксилулозо-5-фосфата и рибозо-5-фосфата. В результате переноса гликоальдегидной группы образуется семиуглеродный моносахарид – седогептулозо-7-фосфат и 3-фосфоглицероловый альдегид.

7. Фермент трансальдолаза катализирует перенос остатка диоксиацетона от седогептулозо-7-фосфата на 3-фосфоглицероловый альдегид с образованием эритрозо-4-фосфата и фруктозо-6-фосфата.

8. Затем снова действует транскетолаза и переносит гликоальдегидную группу с ксилулозо-5-фосфата на эритрозо-4-фосфат. В результате образуется фруктозо-6-фосфат и 3-фосфоглицероловый альдегид.

9. Фруктозо-6-фосфат и 3-ФГА могут в дальнейшем метаболизироваться через гликолиз и ЦТК, а также использоваться на синтез глюкозы (фруктозо-6-фосфат→глюкозо-6-фосфат→глюкоза).

По классическим представлениям в результате пентозофосфатного пути из 6 молекул глюкозо-6-фосфата образуется 5 молекул глюкозо-6-фосфата и 6 молекул СО₂. 6 молекул СО₂ образуются из С-1 атомов шести молекул глюкозо-6-фосфата. Суммарное уравнение окислительной и неокислительной стадий пентозофосфатного пути можно представить в следующем виде:

6 глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ⁺ → 5 глюкозо-6-фосфат + 6 СО₂ + 12 НАДФН + Н⁺

Однако пентозофосфатный путь отличается крайней гибкостью. Основной способ его регуляции – это доступность метаболитов. Если в клетке потребности в рибозо-5-фосфате и НАДФН сбалансированы, то неокислительной стадии не нужно. Но если, например, жировым клеткам НАДФН нужно значительно больше, чем рибозо-5-фосфата, то избыток последнего через неокислительные реакции и реакции глюконеогенеза превращается в глюкозо-6-фосфат. В этом случае молекулы глюкозы вступают повторно в окислительные реакции и могут полностью окисляться до СО₂. Следовательно, неокислительные реакции пентозофосфатного служат гарантом для удовлетворения потребности клетки в НАДФН или ФРПФ.