Пентозофосфатный путь дыхательного обмена. Химизм и значение.

Глюкозо-6-фосфат, образованный в начале гликолиза в результате фосфорилирования глюкозы, может подвергаться дальнейшим преобразованиям в окислительном пентозофосфатном цикле (нельзя смешивать с восстановительным пентозофосфатным циклом при фотосинтезе). Пентозофосфатный цикл, или гексозомонофосфатный шунт, часто называют апотомическим окислением в отличие от гликолитического цикла, называемого дихотомическим (распад гексозы на две триозы). Цикл условно можно разделить на две фазы: непосредственно окислительную и регенерации. Первая включает превращение глюкозо-6-фосфата и двух молекул НАДФ в рибулозо-5-фосфат, две молекулы НАДФ Н и С0₂ (рис. 60). Вначале глюкозо-6-фосфат окисляется дегидрогеназой, в результате чего образуются НАДФН и 6-фос-фоглюконовая кислота:

СбН11О6(Н₂Р04) + НАДФ + Н₂0 = С6Н11Об(Н₂Р04) + НАДФН,

которая затем подвергается декарбоксилированию с образованием пятиуглеродных фосфорилированных Сахаров (рибозо-5-фос-фат) и С0₂: СбН11О6(Н₂Р0₄) + НАДФ = С5Н90₄(Н₂Р0₄) + НАДФ Н + С0₂.

Рибозо-5-фосфат способен переходить в ходе реакции изомеризации в кетоформу рибулозо-5-фосфат. Эти сахара выполняют в клетке разные функции: они включаются в полимеры клеточной стенки (пентозаны), расщепляются при обмене веществ с образованием С0₂, Н₂0 и АТФ, включаются в нуклеотиды РНК и ДНК или участвуют в синтезе высокоэнергетических соединений, таких, как АТФ.

В фазе регенерации участвуют только фосфорные эфиры Сахаров, причем те же, что и в фотосинтетическом цикле Кальвина. В ходе процесса образуются седогептулозо-7-фосфат, эритрозо-4-фосфат, фруктозо-6-фосфат и ФГА. Наличие общих промежуточных продуктов в цикле Кальвина и ОПЦ свидетельствует о том, что эти соединения могут переходить в случае необходимости из одного цикла в другой. Совокупность реакций ОПЦ заключается в том, что из шести молекул глюкозо-6-фосфата одна молекула окисляется до С0₂, а остальные пять регенерируют вновь и выходят из цикла. При этом восстанавливаются 12 молекул НАДФ. Суммарное уравнение ОПЦ выглядит так:

6 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ⁺ + 7Н₂0 -> 5 глюкозо-6-фосфат + 6С0₂ + 12НАДФ Н + 12Н⁺ + Н3РО4.

ОПЦ представляет собой анаэробное окисление, сопровождаемое в отличие от гликолиза выделением С0₂. Этот процесс, так же как и гликолиз, локализован в цитоплазме, но частично происходит и в пластидах. В цикле восстанавливаются 12 молекул НАДФ, и в результате транспорта электронов от НАДФН по дыхательной цепи митохондрий синтезируется 12 • 3 = 36 молекул АТФ. Чистый выход энергии за вычетом молекулы АТФ, потраченной на фосфорилирование глюкозы, составит 35 молекул АТФ. Однако наибольшее значение этот цикл имеет как источник водорода из НАДФН, необходимого для восстановительного синтеза аминокислот, жирных кислот и других соединений. Эритрозо-4-фосфат — промежуточный продукт цикла — принимает непосредственное участие в образовании шикимовой кислоты, необходимой для синтеза фенолов, ауксинов и других ароматических физиологически активных соединений.

В регуляции скорости пентозофосфатного цикла наряду с концентрацией Рн, контролирующего также гликолиз, важную роль играет содержание НАДФ⁺, которое тесно коррелирует со скоростью ОПЦ. Так, например, восстановительное аминирование кетокислот, как и другие биосинтезы, протекающие с использованием НАДФН и соответственно увеличением НАДФ⁺, активирует ОПЦ. Важную роль в переключении с гликолиза на ОПЦ играет эритрозо-4-фосфат.