Пентозофосфатный путь окисления глюкозы, физиологическое значение.

1. Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. К синтезу АТФ этот путь не приводит. Этот процесс поставляет клеткам кофермент NADPH (использующийся как донор водорода в реакциях восстановления и гидроксилирования) и обеспечивает клетки рибозо-5- фосфатом (который участвует в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот). Все ферменты пентозофосфатного пути локализованы в цитозоле. В пентозофосфатном пути превращения глюкозы можно выделить окислительный и неокислительный этапы образования пентоз.

• Окислительный этап поставляет клеткам два основных продукта

NADPH+Н+ и пентозы. Образования пентоз включает две реакции дегидрирования. Коферментом дегидрогеназ является NADP+, который восстанавливается до NADPH+H+. Пентозы образуются в результате реакции окислительного декарбоксилирования (рис. 6.18, А).

• Неокислительный этап не связан с образованием NADPH, он служит для синтеза пентоз. Этот этап включает обратимые реакции переноса двух и трех углеродных фрагментов с одной молекулы на другую. В этих превращениях принимают участие ферменты пентозофосфатизомеразы, транскетолаза и трансальдолаза. Транскетолаза в качестве кофермента использует тиаминдифосфат (ТДФ) - дифосфорный эфир витамина В₁. Неокислительный этап образования пентоз обратим, следовательно, он может служить для образования гексоз из пентоз. С помощью этого пути избыток пентоз, превышающий потребности клетки, может быть возвращен в фонд гексоз.

Пентозофосфатный путь превращения глюкозы, как окислительный этап, так и неокислительный, может функционировать в печени, жировой ткани, молочной железе, коре надпочечников, эритроцитах, т.е. в органах, где активно протекают реакции гидроксилирования и восстановления, например при синтезе жирных кислот, холестерола, обезвреживания ксенобиотиков в печени и активных форм кислорода в эритроцитах и других тканях.

2. Пентозофосфатный цикл. Окислительный этап синтеза пентоз и этап возвращения пентоз в гексозы (неокислительный этап в обратном направлении) вместе составляют циклический процесс (пентозофосфатный цикл) - за один оборот цикла полностью распадается одна молекула глюкозы. Пентозофосфатный цикл функционирует в основном только в жировой ткани и печени (рис. 6.18, В). Суммарное уравнение пентозофосфатного цикла

3. Промежуточные продукты пентозофосфатного пути превращения глюкозы (фруктозо-6-фосфат, глицеральдегид-3-фосфат) могут включаться в пути аэробного и анаэробного окисления и служить источником энергии для синтеза АТР.

У растений реакции пентозофосфатного пути составляют часть процесса образования гексоз из СО₂ при фотосинтезе.

4. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы в эритроцитах. В эритроцитах NADPН + Н+ используется для защиты этих клеток от активных форм кислорода. В эритроцитах присутствует антиоксидант - тиолсодержащий трипептид - глутатион (Г), восстановленная форма которого содержит SH-группы, участвующие в превращении пероксида водорода в молекулу воды. В этой реакции восстановленная форма глутатиона (Г-SH) переходит в окисленное состояние (Г-S-S-Г. Реакция SH-групп глутатиона

Рис. 6.18. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы: А - окислительный этап пентозофосфатного пути.

Этап включает две реакции дегидрирования. Во второй из этих реакций одновременно происходит декарбоксилирование, углеродная часть укорачивается, образуя пентозы. Коферментом дегидрогеназ является NADP+, который восстанавливается до NADPН + Н+;

Б - неокислительный этап пентозофосфатного пути:

Ф - остаток фосфорной кислоты, С3-С6 - число углеродных атомов. Ферменты: 1 - транскетолаза, кофермент ТДФ; 2 - трансальдолаза; 3 - транскетолаза, кофермент ТДФ; 4, 5 - Пентозофосфатизомеразы; В - Пентозофосфатный цикл:

а - окислительный этап; б - неокслительный этап в обратном направлении

с H₂O₂ предохраняет цистеиновые остатки в протомерах гемоглобина от окисления активными формами кислорода, а значит, обеспечивает сохранение его конформации и функции.

Для регенерации окисленного глутатиона в восстановленную форму используется в качестве донора водорода NADPH + H+, который образуется в реакциях окислительного пентозофосфатного этапа превращения глюкозы, одна из которых катализируется глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Восстановление глутатиона с участием NADPH+H+:

А - Строение глутатиона:

Г-SH - восстановленная форма; Г-S-S-Г - окисленная форма;

Б - Участие глутатиона в обезвреживании пероксида водорода и его регенерация:

1 - взаимодействие глутатиона с Н₂О₂ с образованием воды и окисленной формы глутатиона; 2 - регенерация глутатиона с использованием в качестве донора водорода NADPH + H+, образуемой на окислительном этапе пентозофосфатного пути превращения глюкозы

Дефект глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах приводит к дефициту NADPH + H+, снижению концентрации восстановленной формы глутатиона и окислению SH-групп молекул гемоглобина с образованием дисульфидных связей. Этот процесс сопровождается агрегацией протомеров гемоглобина и формированием телец Хайнца. Эритроциты теряют пластичность, необходимую для прохождения через капилляры, нарушается целостность мембраны, что может привести к гемолизу.