Šiame straipsnyje apžvelgsime vieną iš gliukozės oksidacijos variantų – pentozės fosfato kelią. Bus analizuojami ir aprašomi šio reiškinio eigos variantai, įgyvendinimo būdai, fermentų poreikis, biologinė reikšmė ir atradimo istorija.
Pristatome reiškinį
Pentozės fosfato kelias yra vienas iš būdų, kuriuo C6H12O6 (gliukozė) oksiduojamas. Susideda iš oksiduojančios ir neoksidacinės stadijos.
Bendroji proceso lygtis:
3gliukozė-6-fosfatas+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2fruktozė-6-fosfatas+gliceraldehidas-3-fosfatas.
Praėjusi per oksidacinį pentozės fosfato kelią, hiceraldehido-3-fosfato molekulė paverčiama piruvatu ir sudaro 2 adenozino trifosfato rūgšties molekules.
Gyvūnai ir augalai tarp jų subvienetų yra plačiai paplitę šio reiškinio, tačiau mikroorganizmai jį naudoja tik kaip pagalbinį procesą. Visi šio kelio fermentai yra gyvūnų ir augalų organizmų ląstelių citoplazmoje. Be to, šių medžiagų yra ir žinduoliuosetaip pat EPS ir augalai plastiduose, ypač chloroplastuose.
Gliukozės oksidacijos pentozės fosfato kelias yra panašus į glikolizės procesą ir turi labai ilgą evoliucijos kelią. Tikriausiai Archėjos vandens aplinkoje prieš gyvybės atsiradimą jos šiuolaikine prasme vyko reakcijos, kurios buvo būtent pentozės fosfato pobūdžio, tačiau tokio ciklo katalizatorius buvo ne fermentas, o metalo jonai.
Esamų reakcijų tipai
Kaip minėta anksčiau, pentozės fosfato kelias išskiria du etapus arba ciklus: oksidacinį ir neoksidacinį. Dėl to oksidacinėje kelio dalyje C6H12O6 oksiduojamas iš gliukozės-6-fosfato į ribulozės-5-fosfatą, o galiausiai redukuojamas NADPH. Neoksidacinės stadijos esmė – padėti pentozės sintezei ir įtraukti save į grįžtamąją 2-3 anglies „gabalėlių“perdavimo reakciją. Be to, pentozės vėl gali pereiti į heksozių būseną, kurią sukelia pačios pentozės perteklius. Šiame kelyje dalyvaujantys katalizatoriai yra suskirstyti į 3 fermentines sistemas:
- dehidrodekarboksilinimo sistema;
- izomerizuojančio tipo sistema;
- sistema, skirta cukrams perkonfigūruoti.
Reakcijos su oksidacija ir be jos
Oksidacinė kelio dalis pavaizduota tokia lygtimi:
Gliukozė6fosfatas+2NADP++H2Oàribulozė5fosfatas+2 (NADPH+H+)+CO2.
BNeoksidaciniame etape yra du katalizatoriai: transaldolazės ir transketolazės. Jie pagreitina C-C jungties nutrūkimą ir grandinės anglies fragmentų, susidarančių dėl šio lūžio, perkėlimą. Transketolazė naudoja kofermentą tiamino pirofosfatą (TPP), kuris yra difosforo tipo vitamino esteris (B1).
Bendra stadijos lygties forma neoksidacinėje versijoje:
3 ribozė5fosfatas-1 ribozė-5fosfatas+2 ksiliulozė-5fosfatas-2 fruktozė6-fosfatas+gliceraldehidas3-fosfatas.
Oksidacinis kelio kitimas gali būti stebimas, kai ląstelė naudoja NADPH, arba, kitaip tariant, kai ji eina į standartinę padėtį nesumažėjusia forma.
Glikolizės reakcijos arba aprašyto kelio panaudojimas priklauso nuo NADP koncentracijos kiekio+ citozolio storyje.
Kelio ciklas
Apibendrinant rezultatus, gautus analizuojant neoksidacinio varianto kelio bendrąją lygtį, matome, kad naudojant pentozės fosfato kelią pentozės gali grįžti iš heksozių į gliukozės monosacharidus. Vėlesnis pentozės pavertimas heksoze yra pentozės fosfato ciklinis procesas. Nagrinėjamas kelias ir visi jo procesai, kaip taisyklė, yra sutelkti riebaliniuose audiniuose ir kepenyse. Visą lygtį galima apibūdinti taip:
6 gliukozė-6-fosfatas+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 gliukozė-6-fosfatas+6 CO2.
Neoksidacinio tipo pentozės fosfato kelias
Neoksidacinis pentozės fosfato kelio etapas gali pertvarkyti gliukozę beCO2 pašalinimas, kuris įmanomas dėl fermentinės sistemos (pertvarko cukrų ir glikolitinius fermentus, kurie paverčia gliukozę-6-fosfatą gliceraldehido-3-fosfatu).
Tiriant lipidus formuojančių mielių (kurioms trūksta fosfofruktokinazės, kuri neleidžia glikolizės būdu oksiduoti C6H12O6 monosacharidus) metabolizmą paaiškėjo, kad 20% gliukozė oksiduojasi naudojant pentozės kelią, fosforą ir fazę. likusieji 80% perkonfigūruojami neoksidaciniame kelio etape. Šiuo metu atsakymas į klausimą, kaip tiksliai susidaro 3 anglies junginys, kuris gali susidaryti tik glikolizės metu, lieka nežinomas.
Funkcija gyviems organizmams
Pentozės fosfato kelio reikšmė gyvūnuose ir augaluose, taip pat mikroorganizmuose yra beveik vienoda. Visos ląstelės atlieka šį procesą, kad sudarytų sumažintą NADPH versiją, kuri bus naudojama kaip vandenilio donorė redukcijos tipo reakcija ir hidroksilinimas. Kita funkcija yra aprūpinti ląsteles ribozės-5-fosfatu. Nepaisant to, kad NADPH gali susidaryti dėl malato oksidacijos, kai susidaro piruvatas ir CO2, o izocitrato dehidrogenavimo atveju, dėl pentozės fosfato proceso susidaro redukciniai ekvivalentai. Kitas šio kelio tarpinis produktas yra eritrozės-4-fosfatas, kuris, kondensuodamasis su fosfenolpiruvatais, inicijuoja triptofanų, fenilalaninų ir tirozinų susidarymą.
OperacijaPentozės fosfato kelias stebimas gyvūnų kepenų organuose, pieno liaukose laktacijos metu, sėklidėse, antinksčių žievėje, taip pat eritrocituose ir riebaliniuose audiniuose. Taip yra dėl aktyvių hidroksilinimo ir regeneracijos reakcijų, pavyzdžiui, riebalų rūgščių sintezės metu, taip pat stebima ksenobiotikų naikinimo kepenų audiniuose ir aktyvaus deguonies formos eritrocitų ląstelėse ir kituose audiniuose metu. Tokie procesai sukuria didelę įvairių atitikmenų, įskaitant NADPH, paklausą.
Panagrinėkime eritrocitų pavyzdį. Šiose molekulėse glutationas (tripeptidas) yra atsakingas už aktyviosios deguonies formos neutralizavimą. Šis junginys, vykstantis oksidacijai, paverčia vandenilio peroksidą į H2O, tačiau atvirkštinis perėjimas nuo glutationo į sumažintą variaciją galimas esant NADPH+H+. Jei ląstelėje yra gliukozės-6-fosfato dehidrogenazės defektas, gali būti stebima hemoglobino promotorių agregacija, dėl kurios eritrocitas praranda savo plastiškumą. Normalus jų veikimas įmanomas tik visiškai veikiant pentozės fosfato keliui.
Augalo atvirkštinis pentozės fosfato kelias yra tamsiosios fotosintezės fazės pagrindas. Be to, kai kurios augalų grupės yra labai priklausomos nuo šio reiškinio, kuris gali sukelti, pavyzdžiui, greitą cukrų ir kt. konversiją.
Pentozės fosfato kelio vaidmuo bakterijoms yra gliukonato metabolizmo reakcijos. Cianobakterijos naudoja šį procesą dėltrūksta viso Krebso ciklo. Kitos bakterijos išnaudoja šį reiškinį, kad oksiduotų įvairius cukrus.
Reguliavimo procesai
Pentozės fosfato kelio reguliavimas priklauso nuo ląstelės gliukozės-6-fosfato poreikio ir NADP+ koncentracijos citozolio skystyje. Būtent šie du veiksniai lems, ar anksčiau minėta molekulė pateks į glikolizės reakcijas, ar į pentozės fosfato tipo kelią. Elektronų akceptorių nebuvimas neleis žengti pirmųjų žingsnių. Greitai perkeliant NADPH į NADPH+, pastarojo koncentracijos lygis pakyla. Gliukozės 6 fosfato dehidrogenazė yra alosteriškai stimuliuojama ir todėl padidina gliukozės 6 fosfato srautą per pentozės fosfato tipo kelią. Lėtėjant NADPH suvartojimui, sumažėja NADP+ lygis, o gliukozė-6-fosfatas pašalinamas.
Istoriniai duomenys
Pentozės fosfato kelias pradėtas tyrinėti dėl to, kad buvo atkreiptas dėmesys į tai, kad bendrieji glikolizės inhibitoriai nekeičia gliukozės suvartojimo. Beveik kartu su šiuo įvykiu O. Warburgas atrado NADPH ir pradėjo apibūdinti gliukozės-6-fosfatų oksidaciją į 6-fosfogliukono rūgštis. Be to, buvo įrodyta, kad C6H12O6, pažymėtas izotopais 14C (pažymėtas pagal C-1), santykinai greičiau virto 14CO2. tai ta pati molekulė, bet pažymėta C-6. Tai parodė gliukozės panaudojimo proceso svarbą alternatyvių maršrutų pagalba. Šiuos duomenis paskelbė I. K. Gansalus 1995 m.
Išvada
Taigi, matome, kad nagrinėjamą kelią ląstelės naudoja kaip alternatyvų gliukozės oksidavimo būdą ir jis yra padalintas į dvi galimybes, kuriomis jis gali tęstis. Šis reiškinys pastebimas visų formų daugialąsčiuose organizmuose ir net daugelyje mikroorganizmų. Oksidacijos metodų pasirinkimas priklauso nuo įvairių veiksnių, tam tikrų medžiagų buvimo ląstelėje reakcijos metu.
