Пентозофосфатный путь окисления глюкозы

Пентозофосфатный путь (апотомическое окисление глюкозы) – это прямой путь окисления глюкозо-6-фосфата без его изомерного превращения во фруктозо-6-фосфат и дополнительного фосфорилирования (рис. 93). Он характерен для клеток животных организмов.

В пентозофосфатном пути глюкозо-6-фосфат подвергается окислительному распаду до пентозофосфатов. У человека и высших животных интенсивность превращений в этом пути особенно высока в печени, надпочечниках, эмбриональной ткани и лактирующей молочной железе.

Апотомическое окисление происходит в две стадии – окислительную и неокислительную. Окислительная стадия начинается с окисления глюкозо-6-фосфата пиридинзависимым ферментом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой. В качестве кофермента у этого энзима используется НАДФ.

Продуктом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции является 6-фос-фоглюконолактон. Он представляет собой нестойкое соединение, которое с высокой скоростью гидролизуется в реакции, катализируемой 6-фосфоглюконолактоназой с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты (6-фосфоглюконата). Далее 6-фосфоглюконовая кислота подвергается процессам окисления и декарбоксилирования под действием фермента 6-фос-фоглюконатдегидрогеназы. В качестве кофермента этого энзима используется НАДФ. Продуктами 6-фосфоглюконатдегидрогеназной реакции являются молекула углекислого газа, рибулезо-5-фосфат и восстановленный НАДФ.

Рисунок 93 – Окислительная стадия пентозофосфатного пути

Рибулезо-5-фосфат под действием фермента пентозофосфатизомеразы, может подвергаться изомеризации в рибозо-5-фосфат. Помимо этого, в реакции, катализируемой пентозофосфатэпимеразой, он может подвергаться превращению в ксилуозо-5-фосфат. Ниже приведена реакция образования ксилуозо-5-фосфата.

Реакцией образования рибозо-5-фосфата завершается окислительная стадия апотомического окисления глюкозы. При этом ее балансовое уравнение может быть представлено как

Глюкозо-6-фосфат + 2 НАДФ + Н₂О = Рибозо-5-фосфат + СО₂ +

+ 2 НАДФН +Н⁺

В большинстве тканей высших животных процесс пентозофосфатного окисления глюкозы на этом завершается. Однако в печени, молочной железе, надпочечниках и некоторых других органах продукты окислительной стадии пентозофосфатного цикла подвергаются дальнейшим превращениям в неокислительной стадии. В процессе неокислительной стадии образуются промежуточные продукты обмена, являющиеся промежуточными продуктами первой стадии гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат, глицеральдегид-3-фосфат).

Субстратами неокислительной стадии являются ксилуозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. Реакция взаимодействия между ними катализируется ферментом транскетолазой. Коферментом этого энзима является тиаминпирофосфат (ТПФ), играющий роль промежуточного переносчика гликольальдегидной группы от ксилулозо-5-фосфата крибозо-5-фосфату. Ниже представлен механизм неокислительной стадии апотомического окисления глюкозы (жирным шрифтом выделены конечные продукты).

Продукты транскетолазной реакции далее взаимодействуют друг с другом в реакции, катализируемой трансальдолазой. В результате этого взаимодействия образуются конечный продукт неокислительной стадии – фруктозо-6-фосфат, а также промежуточный продукт – эритрозо-4-фосфат. Эритрозо-4-фосфат под влиянием транскетолазы вступает во взаимодействие с новой молекулой ксилуозо-5-фосфата. При этом образуются еще два конечных продукта неокислительной стадии – фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Таким образом, в результате превращений пентозофосфатов в неокислительной стадии процесса образуются две молекулы фруктозо-6-фосфата и одна молекула глицеральдегид-3-фосфата.

Балансовое уравнение неокислительной стадии пентозофосфатного цикла можно представить в следующем виде:

Рибозо-5-фосфат + 2 ксилуозо-5-фосфат =

= 2 фруктозо-6-фосфат + глицеральдегид-3-фосфат

Образовавшийся в процессе пентозофосфатного окисления глюкозы восстановленный НАДФ не окисляется в митохондриальной дыхательной цепи. Он используется для биосинтетических процессов в цитозоле. В этой связи процесс пентозофосфатного окисления глюкозы не имеет энергетического значения.

Значение пентозофосфатного пути окисления глюкозы связано с тем, что он является основным источником восстановленного НАДФ, требуемого для биосинтеза липидов и пентозофосфатов, необходимых для синтеза нуклеиновых кислот и коферментов.

Помимо этого, продукты пентозофосфатного пути могут вовлекаться в гликолиз. За счет этого, пентозофосфатный путь и гликолиз оказываются тесно связанными друг с другом.