Л9_ПФШ_14
.pdfПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ
Пентозофосфатный путь окисления глюкозы
Реакции восстановительного синтеза.
Последствия недостаточности тиамина в организме.
Особенности углеводного обмена в эритроцитах.
Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, НАДФН,
глутатион и лекарственная гемолитическая анемия.
Регуляция распада и синтеза гликогена.
Гипер- и гипогликемическое действие гормонов.
Болезни накопления гликогена.
Сахарный диабет.
Анаэробные пути
ВЗАИМОПРЕВРАЩЕНИЯ УГЛЕВОДОВ
|
|
Крахмал-"затравка" |
|
|
|
|
1) Синтез |
УДФ |
Сахароза |
Крахмал |
|
|
Транспортная |
|
(гликоген) |
|
|||
|
форма |
|||
|
|
|
|
|
а) гидролиз |
|
б) фосфоролиз |
|
|
Н2О |
Н3РО4 |
УДФ-глюкоза |
Фруктоза |
|
2) Распад |
УТФ |
(АДФ-глюкоза) |
Созревание |
|
(АТФ) |
|
|||
|
|
|
||
Глюкоза |
|
Гл-1-Ф |
ФФн |
|
|
|
|
||
|
|
|
Анаболизм |
Клеточные |
|
|
|
НАДФН + |
|
Активация |
|
|
структуры |
|
|
СО2 Н+ |
|||
|
|
|
||
|
|
Гл-6-Ф |
Пентозо-5-Ф |
|
|
|
6) ПФШ |
Анаболизм |
|
|
|
|
||
|
|
Фр-6-Ф |
Рибозо - 5 - Ф |
|
|
|
|
|
|
Фн |
|
|
|
|
|
|
3)Гликолиз, |
|
|
|
|
гликогенолиз |
|
|
|
|
Фр-1,6-диФ |
Реакции |
|
|
|
|
регенерации |
|
|
|
4) Глюконеогенез |
|
|
|
|
ГАФ |
|
|
|
|
|
ФЕП |
|
|
|
Спиртовое |
СО2 |
7) Аэробный гликолиз |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
брожение |
|
5) |
|
|
|
|
Этанол |
|
ПВК |
Ацетил-КоА |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
СО2 х 2 |
|
|
Уксусная |
|
Молочная кислота |
ЦТК |
|
Тканевое |
|
кислота |
|
|
|
|||
|
|
(лактат) |
АТФ |
дыхание |
||
(ацетат) |
|
Молочнокислое брожение |
|
(аэробный |
||
|
|
|
|
|||
Уксуснокислое |
|
3НАДН + Н |
+ |
гликолиз) |
||
брожение |
|
|
|
|
|
|
|
|
О2 |
|
|
|
|
|
|
|
ФАДН2 |
|
|
|
|
|
|
Q (АТФ) |
|
|
|
|
|
|
ЦДФ |
|
|
|
|
|
|
Н2О |
|
|
|
|
|
|
Биологическое окисление |
|
|
Открытие пути прямого окисления углеводов (пентозофосфатного
цикла) принадлежит О. Варбургу, Ф. Липману, Ф. Дикенсу и В.А.
Энгельгарду.
Расхождение путей окисления углеводов – классического (цикл Кребса) и пентозофосфатного – начинается со стадии образования
гексозомонофосфата.
Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который
фосфорилируется второй раз и превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат,
то в этом случае дальнейший распад углеводов происходит по обычному
гликолитическому пути с образованием пировиноградной кислоты,
которая, окисляясь до ацетил-КоА, затем «сгорает» в цикле Кребса.
Если второго фосфорилирования гексозо-6-монофосфата не
происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз.
В норме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от
типа ткани и ее функционального состояния.
У млекопитающих активность пентозофосфатного цикла относительно
высока в печени, надпочечниках, эмбриональной ткани и молочной железе в период лактации.
Значение этого пути в обмене веществ очень велико. Он поставляет восстановленный НАДФН, необходимый для биосинтеза жирных кислот,
холестерина и т.д. За счет пентозофосфатного цикла примерно на 50%
покрывается потребность организма в НАДФН.
Другая функция пентозофосфатного цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих
коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пентозофосфатного пути окисления глюкозы возрастает. Механизм реакций
пентозофосфатного цикла достаточно расшифрован.
Рис. Пентозофосфатный путь окисления углеводов.
Пентозофосфатный цикл начинается с окисления глюкозо-6-фосфата
и последующего окислительного декарбоксилирования продукта.
Это первая - окислительная стадия пентозофосфатного цикла.
Вторая |
стадия |
включает |
неокислительные |
превращения |
пентозофосфатов с образованием исходного глюкозо-6-фосфата.
Реакции пентозофосфатного цикла протекают в цитозоле клетки.
Первая реакция – дегидрирование глюкозо-6-фосфата при участии фермента
глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы |
и |
кофермента |
НАДФ+. |
Образовавшийся в ходе реакции 6-фосфоглюконо-δ-лактон – соединение нестабильное и с большой скоростью гидролизуется либо спонтанно, либо с помощью фермента 6-фосфоглюконолактоназы с образованием 6-
фосфоглюконовой кислоты (6-фосфоглюконат):
Во второй – окислительной – реакции, катализируемой 6-
фосфоглюконатдегидрогеназой (декарбоксилирующей), 6-
фосфоглюконат дегидрируется и декарбоксилируется. В результате образуется фосфорилированная кетопентоза – D-рибулозо-5-фосфат и еще 1 молекула НАДФН:
Под действием соответствующей эпимеразы из рибулозо-5-фосфата
может образоваться другая фосфопентоза – ксилулозо-5-фосфат.
Кроме того, рибулозо-5-фосфат под влиянием особой изомеразы
легко превращается в рибозо-5-фосфат. Между этими формами
пентозофосфатов устанавливается состояние подвижного равновесия:
При определенных условиях пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен. Однако при других условиях наступает так называемый неокислительный этап (стадия) пентозофосфатного цикла.
Реакции этого этапа не связаны с использованием кислорода и
протекают в анаэробных условиях.
В этих превращениях принимают участие ферменты: эпимераза,
изомераза, транскетолаза и трансальдолаза
При этом образуются вещества, характерные для первой стадии
гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат,
фосфотриозы), а другие – специфические для пентозофосфатного пути
(седогептулозо-7-фосфат, пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).
Основными реакциями неокислительной стадии пентозофосфатного
цикла являются транскетолазная и трансальдолазная. Эти реакции катализируют превращение изомерных пентозо-5-фосфатов:
Коферментом в транскетолазной реакции служит ТПФ, играющий роль промежуточного переносчика гликольальдегидной группы от
ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату. В результате образуется
семиуглеродный моносахарид седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-
3-фосфат.
Транскетолазная реакция в пентозном цикле встречается дважды,
второй раз – при образовании фруктозо-6-фосфата и триозофосфата в
результате взаимодействия второй молекулы ксилулозо-5-фосфата с
эритрозо-4-фосфатом:
Фермент трансальдолаза катализирует перенос остатка
диоксиацетона от седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат:
Эта реакция подобна реакции альдольного расщепления
гликолитического пути, за исключением того, что в данном случае
трёхуглеродный фрагмент, содержащий кетогруппу, переносится на альдосахар глицеральдегид-3-фосфат, а в гликолитическом пути кетофрагмент высвобождается в виде дигидроксиацетонфосфата.
Шесть молекул глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозофосфатный цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО2, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируется 5 молекул глюко-
зо-6-фосфата.
Однако это не означает, что молекула глюкозо-6-фосфата, вступающая в цикл, полностью окисляется. Все 6 молекул СО2 образуются из первого С
6-ти молекул глюкозо-6-фосфата.
Валовое уравнение окислительной и неокислительной стадий пенто-
зофосфатного цикла можно представить в следующем виде:
или
Окислительный этап образования пентоз и неокислительный этап (путь возвращения пентоз в гексозы) составляют вместе циклический процесс.
|
|
H |
OH |
|
6 НАДФ |
+ |
6 НАДФН + Н+ |
|
O |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
х 6 H |
OH |
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
H |
O |
х 6 |
6-фосфоглюконо- |
||||
|
|
HO |
H |
O |
|
|
|
|
лактон |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Гл-6-Ф-дегидрогеназа |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
H |
|
|
|
|
H |
O |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O P |
|
OH |
|
|
|
|
O |
P |
OH |
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гл-6-Ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6-фосфоглюконо- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 Н2О |
лактоназа |
||||
|
|
|
|
6 СО2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
6 НАДФН + Н+ 6 НАДФ+ |
|
HO |
O |
|
|
|
||
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рибулозо- |
|
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
х 6 |
6-фосфо- |
|
|
5-фосфат |
O |
|
|
|
|
|
|
HO |
H |
|
глюконат |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
х 6 |
H |
OH |
6-фосфоглюконатдегидрогеназа |
H |
OH |
|
|
|
|||||
|
H |
OH |
|
|
|
|||||||||
|
|
O |
|
(декарбоксилирующая) |
|
H |
OH |
O |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
O |
P OH |
|
|
|
|
|
O |
P |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Эпимераза |
|
Фосфопентоизомераза |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ксилулозо- |
|
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
х 2 |
Рибозо-5- |
||
|
5-фосфат |
O |
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фосфат |
|
|
HO |
H |
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
х 4 H |
OH O |
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
O |
P OH |
|
|||||
|
|
|
O |
P |
OH |
HO |
O |
|
|
|
OH |
|
||
|
|
|
|
|
Гликоль-альдегидная |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
OH |
|
х 2 |
|
группа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транскетолаза |
|
|
OH |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
х 2 |
х 2 ГАФ |
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
х 2 Седогептулозо- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7-фосфат |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH O |
|
||
|
|
|
|
|
|
O |
|
Диоксиацетоновая |
|
|
O |
P OH |
||
|
|
|
х 2 |
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
||
|
|
|
HO |
|
OH группа |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Трансальдолаза |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Фр-6-Ф х 2 |
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
HO |
O |
|
|
|
H |
OH |
х 2 |
Эритрозо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
4-фосфат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Гликоль-альдегидная |
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
х 2 |
|
H группа |
|
|
O |
|
P OH |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транскетолаза |
|
|
|
|
|
|
|||
ГАФ х 2 |
|
|
|
Фр-1,6-диФ |
х 2 Фр-6-Ф |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гликолиз
6. Пентозофосфатный цикл (шунт) – это последовательность реакций прямого (апотомичекого) окисления глюкозо-6-фосфата. Протекает одновременно с гликолизом.
СОПОСТАВЛЕНИЕ ГЛИКОЛИЗА И ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ЦИКЛА
Общие свойства:
1.Окислительное расщепление глюкоза
2.Метаболиты: гл-6-ф, фр-6-ф, фр-1,6-диф, ФГА
3.Локализация: цитозоль
4.Гормональная регуляция - инсулин/глюкагон: ↑- ускоряет, ↓- тормозит
5.Витамины: РР (НАД+, НАДФ+)
6.Условия: анаэробные
7.Реакции альдольного расщепления.
8.Протекают одновременно, взаимосвязаны, переключаются друг на друга.
Различия:
Показатель |
Гликолиз |
ПФШ |
|
1. |
Расщепление |
Дихотомическое |
Апотомическое (прямое |
глюкозы |
|
окисление) |
|
2.Биологическое |
Получение энергии |
Синтез (анаболизм) клеточных |
|
значение |
(катаболизм) |
компонентов. |
|
3. |
Конечные |
Лактат (анаэробный), |
НАДФН2, рибозо-5-фосфат, |
продукты |
ПВК (аэробный), АТФ |
СО2 |
|
4. |
Регуляция |
Уровень АТФ |
Концентрации метаболитов: |
|
|
(энергообеспеченности): |
1.Высокие замедляют |
|
|
1.Низкий ускоряет |
2.Низкие ускоряют |
|
|
2.Высокий замедляет |
|
5. |
Коферменты |
НАД (ГАФ- |
НАДФ (Гл-6-ФДГ, |
|
|
дегидрогеназа) |
фосфоглюконатдегидрогеназа), |
|
|
|
ТПФ (транскетолаза) |
6. |
Стадии |
1.Подготовительный |
1.Окислительный |
|
|
2.Окислительный |
2.Реакци регенерации |
|
|
|
(неокислительная) |
7. |
Характер |
Необратимый |
Циклический: из 6 |
процесса |
(обращаемый гликолиз – |
фосфопентоз регенерируется 5 |
|
|
|
глюконеогенез) |
фосфогексоз |
8. |
|
1,3-дифосфоглицерат, 2- |
Седогептулозо-7-фосфат, |
Специфические |
фосфоглицерат, 3- |
пентозо-5-фосфаты, эритрозо- |
|
вещества |
фосфоглицерат, ФЭП, |
4-фосфат |
|
|
|
лактат |
|
|
Пентозофосфатный путь и гликолиз, протекающие в цитозоле, |
взаимосвязаны и способны переключаться друг на друга в зависимости от
соотношения концентраций промежуточных продуктов, образовавшихся в
клетке.