пентоза път фосфат

Пентозофосфатния път (FFS, монофосфат шънта на хексоза, fosfoglyukonatny път) - метаболитен път на превръщане на глюкоза е необходимо да се получи намаляване еквивалента NADPH използва в биосинтеза на много вещества, по-специално мастни киселини и холестерол и рибоза-5-фосфат, който е важен прекурсор в образуването на нуклеотиди. То се провежда в цитоплазмата на прокариотни клетки, гъби, растения и животни.

В фотосинтезиращи организми пентозофосфатния метаболитни ензими има много общо с цикъл Келвин.

История на изследванията

Първите сведения за съществуването на пентозофосфатния път беше Ото Варбург през 1930. Завършва окислението на глюкоза-6-фосфат до 6 phosphogluconate и NADP + се отвори. Допълнителни наблюдения показват, че клетъчното дишане продължава дори в присъствието на високи концентрации на флуорид, въпреки факта, че тези съединения инхибират ензима гени енолаза блокиране гликолиза. През 1950, Франк Dickens, Bernard Goreker Фриц Lipmann и Ефрем Recker описано пентозофосфатния път.

Биологичното значение и локализацията

FFS се извършва в цитозола на клетката, той имаше няколко биологични функции. Един от тях е производството на рибоза-5-фосфат, който се използва за nukelotidiv на синтез, които са част от РНК и ДНК, и коензими като ATP, NAD, FAD, коензим А. Следователно FFS активно работи в бързо делящите се клетки: костна мозък, кожа и чревната лигавица, както и тумори.

могат също да се използват и други монозахариди, образувани в FFS клетки, например, в много микроорганизми еритроза-4-фосфат метаболитни пътища, включени в биосинтеза на ароматни аминокиселини и витамин B 6. рибулоза-5-фосфат може да се превърне рибулоза-1,5-бифосфат, което акцептор на въглероден диоксид в процеса на фотосинтеза. Бактериите растат в среда богата на пентози, пентозофосфатния път използвани за производството на хексози, например глюкоза, необходими за синтеза на пептидогликан.

В много тъкани, най-високата стойност сред продуктите не притежават FFS монозахариди и NADPH необходими в редукционни процеси биосинтеза за преодоляване неблагоприятен ефект на реактивни кислородни видове. Ензимите на този метаболитен път е много често в тъкани, където интензивно в биосинтезата на мастни киселини (черен дроб, млечната жлеза по време на кърмене, мастна тъкан) или холестерол и други стероиди (черен дроб, гонадите, надбъбречната кора). Например, беше установено, че 30% от чернодробна глюкоза окисляване възниква пентозофосфатния път.

FFS активно появява в клетки, които са постоянно в пряк контакт с кислорода: еритроцитите и клетки на роговицата и лещата. Тук е необходимо да се поддържа редуцираща среда (високо съотношение на NADPH / NADP + и редуциран глутатион / окислен глутатион), което може да се противодейства на окислително увреждане на ненаситени мастни киселини (липидната пероксидация okisennyu), протеини и други чувствителни молекули.

Реакциите на пентозофосфатния път

Общата реакция на пентозофосфатния път е както следва:

3 глюкозо-6-фосфат + NADP + 6 + 3 Н 2О → 6 NADPH (Н +) + 3 CO 2 + 2 фруктоза 6-фосфат + glitseraldegidfosfat;

Пентоза път фосфат се разделя на две фази:

Oksinyuvalna, през който глюкозо-6-фосфат degidrogenizuetsya и декарбоксилира до образуване NADPH и рибулоза-5-фосфат се изомеризира до рибоза-5-фосфат;
Не-окислител, в реакциите, които рибулоза-5-фосфат се превръща в междинно съединение с гликолизните продукти.

Epimerizatsii изомеризация реакция и в която рибулоза-5-фосфат се превръща в рибоза-5-фосфат, ксилулоза-5-fsofat;
реакции серия разцепване и образуване на включени връзки, което води до две молекули ксилулоза-5-фосфат и рибоза-5-фосфат молекула се превръщат в две молекули на фруктоза-6-фосфат и една молекула на глицералдехид-3-фосфат.

Всички не-окислителния реакционен етап са обратими, така общ добив пентозофосфатния път е много различно в зависимост от нуждите на клетката. Например, когато има необходимост от голямо количество рибоза-5-фосфат, етап 3 работи в обратен ред, т.е., тя произвежда вещество с фруктоза-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат.

Окислителни реакции pentozofosftanogo начин

Първата реакция pentozofosftanogo път - окислението на глюкоза-6-фосфат в 6-вътрешномолекулна естер fosfoglyukono-δ-лактон, което е резултат от прехвърляне на хидрид йон за NADP +. Катализира този процес на ензим глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа, NADPH възстановява силно инхибира. Ензимът е силно специфичен за NADP + Michaelis константа за NAD + е около 1000 пъти по-висока, отколкото за NADP +.

Следващата стъпка - хидролиза на 6-fosfoglyukono-делта-лактон до 6 phosphogluconate - катализирана 6-fosfoglyukonolaktonazoyu. Продуктът от тази реакция е предмет на допълнително окислително декарбоксилиране включващи ензим 6-phosphogluconate дехидрогеназа, чрез което се произвежда въглероден диоксид и рибулоза-5-фосфат.

Така на този етап pentozofosftanogo shyalhu за всяка молекула на глюкозо-6-фосфат влиза възстановява две молекули NADP +.

В някои тъкани FFS завърши реакционната превръщане на рибулоза-5-фосфат в рибоза-5-фосфат и има обща rivnnnya:

Глюкоза-6-фосфат 2NADF + + H 2 O → рибоза-5-фосфат + NADPH (Н +) + СО 2

Често, обаче, рибулоза-5-фосфат се превръща в поредица от реакции в междинния продукт на гликолиза.

Не-окислителни етап FFS

Въз основа в първата стъпка petozofosfatnogo пътя рибулоза-5-фосфат може допълнително да бъде подложена на действието на ензим fosfopentoizmoerazy на (рибулоза-5-фосфат), който го превръща в рибоза-5-фосфат, или fosfopentoepimerazy (рибулоза-5-fosfatepimerazy), който пренася реакция образуване ксилюлоза -5-фосфат. И двете реакции протичат през междинните enediolatni.

Рибоза-5-фосфат, необходими за синтеза на нуклеотиди, но когато се произвежда в клетката над необходимо, заедно с ксилулоза-5-фосфат се превръща в междинни съединения с гликолиза (фруктоза 6-фосфат и глицералдехид 3-фосфат). Преобразуване С5 монозахариди три до два и един С3 С6 се дължи на ензимите на транскетолаза и трансалдолаза. Те имат подобен механизъм на действие, е да се генерира стабилизирани карбанйоните и присъединяването й към електрофилна центъра, като алдехидна група.

Транскетолаза катализира трансфера на фрагмент от С2-ксилюлоза 5-фосфат в рибоза-5-фосфат, за да се образува глицералдехид-3-фосфат, sedoheptulose 7-фосфат. При употреба тиамин пирофосфат като кофактор.

Transaldolazna реакция се състои в предаването на С3 фрагмент sedoheptulose 7-фосфат да глицералдехид 3-фосфат за образуване фруктоза-6-fosatu и еритроза-4-фосфат.

Следващата реакция се катализира отново транскетолаза, който носи С2 остатък на друга молекула ксилулоза-5-фосфат да еритроза-4-фосфат. Продуктите са с втора молекула на фруктоза-6-фосфат и глицералдехид 3-фосфат.

Фруктоза 6-фосфат може да се превърне обратно в глюкозо-6-фосфат fosfogeksozoizmerazoyu, глицералдехид-3-фосфат може да се използва за възстановяване на glkyukozo-6-фосфат в глюконеогенезата. В този случай, една молекула глюкоза-6-фосфат в продължение на 6 цикъла на пентозофосфатния път е напълно превръща във въглероден диоксид, последвано от синтез на молекули на понижено NADP 12. Общото уравнение на процеса ще изглежда така:

Глюкоза-6-фосфат 12NADF + + + 7Н 2О → 6CO 2 + 12NADFH (Н +) + F п.

Регламент на пентозофосфатния път

Глюкоза-6-фосфат може да влезе както гликолизата и пентозофосфатния път за неговото разпределение между двете пътеки зависи от концентрацията на NADP +, което засяга скоростта на първата реакция FFS. На дехидрогенирането на глюкозо-6-фосфат е необратимо и ограничаващия етап, се инхибира от ниски концентрации на желания NADP + като електронен акцептор. Когато клетката е активно използване на NADPH, NADP + ниво увеличава и алостеричен активира глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа.

Скоростта на без окислител стъпка FFS същество управлява от наличието на субстрати.

Поток на пентозофосфатния път и неговата връзка с гликолиза и glyukoneogenzom силно зависими от нуждите на клетката в определен момент. възможните четири ситуации са:

Необходимостта за рибоза-5-фосфат е значително по-висока от необходимостта NADPH

Налице е т.нар възстановяване пентозофосфатния път. Почти цялата глюкоза 6-фосфат влиза в гликолиза, където тя се превръща в фруктоза-6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат, която в не-окислителни реакции обратни стъпка FFS, използвани за синтез на рибоза-5-фосфат. Така, беше показано, че в раковите клетки, които бързо делящи се, повече от 70% де ново синтез настъпва рибоза неокислително този начин.

Приблизително идентичен нужда NADPH и рибоза-5-фосфат

Глюкоза-6-фосфат влиза окисляване стъпка FFS на и се превръща в рибоза-5-фосфат, последвано от редукция на две молекули NADP +.

Необходимостта от NADPH значително по-голяма от рибоза-5-фосфат

Е активен без окислител и окислителни стъпка FFS, последните продукти (фруктоза 6-фосфат и глицералдехид-3-фосфат) се използват за регенериране на глюкозо-6-фосфат чрез ензимите на глюконеогенеза. Така, глюкоза-6-фосфат е напълно окислен до въглероден диоксид.

Голяма нужда в NADPH и ATP, в ниската рибоза-5-фосфат

Фруктоза 6-фосфат и глицералдехид 3-фосфат оформен в не-окислителни стъпка FFS може да влезе в гликолиза и се превръща в пируват. Полезни продукти от такъв път е ATP и NADPH.

Недостатък на ензим глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа

Най-често на всички метаболитни заболявания при хора, е липсата на първия ензим на пентоза фосфат пътека - глюкоза-6-фосфат дехидрогеназа. Намалени нива на този ензим се наблюдават при повече от 400000000 хора по целия свят, но най-вече тази аномалия не се прояви. Клиничните симптоми под формата на разрушаване на червените кръвни клетки, придружени от жълтеница, и в някои случаи, бъбречна недостатъчност, показва само когато обектът става болни ефекти на някои фактори на околната среда. Така например, през 1926 г. за лечение на малария предложи нов наркотик - pamahin, повечето пациенти са били прехвърлени си ОК, но малка част се появи животозастрашаващи симптоми са свързани с унищожаването на червените кръвни клетки. След 30 години, беше установено, че хемолитична анемия в отговор на pamahinu възниква при хора с нарушен глюкозен-6-фосфат дехидрогеназа.

Симптомите са подобни на тези, които се срещат под влиянието на антималарийни лекарства при хора с недостиг на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа може да бъде причинено от употреба и Faba боб, заболяване, което се случва, когато това се нарича favism. Известно е, че гръцкият философ Питагор забрани неговите последователи да се яде боб.

Антималарийни като pamahin и примаквин, гликозид на пурин Vitsin с Faba боб, някои сулфа лекарства и хербициди действат по същия принцип - предизвикват оксидативен стрес чрез увеличаване на ниво на реактивни кислородни видове. Chutilviy особено в такова въздействие е червените кръвни клетки, тъй като те нямат митохондрии, но в червените кръвни клетки от един здрав човек на катастрофален ефект на реактивни кислородни видове, получени чрез редуциран глутатион. За регенериране на редуциран глутатион с окислен NADPH форма изисква, която се образува на глюкоза-6-фосфат дехидрогеназа в първата реакция на пентозофосфатния път. При пациенти с ниски нива на този ензим червените кръвни клетки не са ефективна защита срещу оксидативен стрес и следователно унищожени под влиянието на веществата.

Що се отнася до активни форми на кислорода е много чувствителни и клетки от малариен паразит, липсата на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа също осигурява резистентност към един от видовете на паразита - Plasmodium фалципарум. Това се доказва от разпространението на метаболитно заболяване: това е най-често срещаната в тропическа Африка, Близкия изток и Югоизточна Азия, където има много високи нива на малария.