Тема 9. Пентозофосфатный путь. ГлюкуроновЫй путь. Обмен фруктозы и галактозы. Метаболизм этанола пентозофосфатный путь

Пентозофосфатный путь (ПФП) обмена углеводов нередко называют апотомическим путём, так как обмен глюкозы идёт по первому (С₁) атому углерода.

Доля ПФП в количественном превращении глюкозы в клетках обычно невелика (в большинстве клеток не более 10 %) и варьирует в зависимости от типа ткани и её функ-ционального состояния. Так, в клетках печени по этому пути превращается около 30 % глюкозы, в адипоцитах — 20 %, в эритроцитах — 7 %, в клетках мозга — около 2 %. Этот процесс идет в клетках многих органов и тканей.

Ферменты ПФП локализованы в цитоплазме клеток.

Превращение глюкозы по ПФП не требует присутствия кислорода. Если по ПФП превращается шесть молекул Гл-6-Ф, то за один цикл молекула Гл-6-Ф катаболизирует до 6 СО_2.

Суммарное уравнение:

6 Гл-6-Ф + 7H₂O + 12 НАДФ⁺ ® 5 Гл-6-Ф + 6СО₂ + 12 НАДФН^.Н⁺ + Ф_Н

Последовательность реакций ПФП разделяют на два этапа:

1. Окислительный этап. На этом этапе осуществляются две дегидрогеназные реакции и одна реакция декарбоксилирования с образованием рибозо-5-фосфата и восстановлением двух молекул НАДФ⁺ (2 НАДФ⁺ → 2 НАДФН^.Н⁺) (рис. 9.1а)

а

Таким образом, при окислении молекулы глюкозы образуется 2 НАДФН^.Н⁺ и рибозо-5-фосфат. В некоторых клетках катаболизм глюкозы на этом и заканчивается.

Ключевые ферменты:

1) глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа — главный ключевой фермент;

2) 6-фосфоглюконатдегидрогеназа.

Значение окислительного этапа:

1. Главный поставщик рибозо-5-фосфата для биосинтетических процессов:

• биосинтез мононуклеотидов (АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ, ТМФ и др.);

• синтез нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

• синтез коферментов (НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, КоА-SН).

2. Основной источник НАДФН^.Н⁺ в клетках. ПФП на 50 % обеспечивает потребности клетки в НАДФН^.Н⁺.

НАДФН^.Н⁺ в клетках используется:

1) в реакциях биосинтеза веществ как восстановитель:

• синтез жирных кислот;

• биосинтез холестерола, стероидных гормонов, желчных кислот;

• синтез заменимых аминокислот (НАДФН·Н⁺ как кофермент глутаматдегидрогеназы в реакциях восстановительного аминирования α-кетоглутаровой кислоты);

• в глюкуроновом пути и др.

2) в обезвреживании веществ: в реакциях гидроксилирования различных ксенобиотиков, лекарственных веществ, этанола и других веществ, которые осуществляются с участием микросомной цитР₄₅₀-зависимой системы окисления;

3) как антиоксидант: используется на восстановление окисленного глутатиона. Глутатион — важный антиоксидант клеток;

4) в фагоцитозе: генерирование активных форм кислорода. Фагоциты с использованием НАДФН^.Н⁺ генерируют супероксидные анион-радикалы, выполняющие основную роль в разрушении поглощённых бактериальных клеток. При недостаточной продукции НАДФН^.Н⁺ при нарушении ПФП отмечается хроническое течение инфекционных заболеваний.

Интенсивность протекания реакций ПФП зависит от потребности клеток в продуктах реакций и различается в разных тканях. Реакции окислительного этапа активно протекают в клетках печени, жировой ткани, эмбриональной ткани, в коре надпочечников, щитовидной железе, половых железах, лактирующей молочной железе, костном мозге, эритроцитах.

2. Неокислительный этап (этап межмолекулярных перегруппировок). На этом этапе происходят взаимопревращения сахаров (фосфотриоз, фосфотетроз, фосфопентоз, фосфогексоз, фосфогептулоз, фосфооктулоз), в результате которых регенерирует глюкозо-6-фосфат (рис. 9.1б).

Два основных фермента катализируют превращения на неокислительном этапе:

1) транскетолаза катализирует перенос двухуглеродных фрагментов. В качестве кофермента использует тиаминпирофосфат;

2) трансальдолаза катализирует перенос трёхуглеродных фрагментов.

Варианты неокислительных превращений:

• классический или F-вариант (от англ. fat — жир) — осуществляется в клетках жировой ткани;

• октулозный или L-вариант (от англ. liver — печень) — осуществляется в клетках печени и других тканей.

Реакции (L-вариант):

б

Рис. 9.1. Пентозофосфатный путь:

а — окислительный этап; б — неокислительный этап (L-вариант)

Итак, на неокислительном этапе невостребованные в клетках пентозофосфаты в результате межмолекулярных перегруппировок превращаются в глюкозо-6-фосфат, а также образуются фруктозо-6-фосфат и 3-ФГА.

Все реакции неокислительного этапа обратимы.

На неокислительном этапе ПФП связан с гликолизом (посредством глюкозо-6-фосфата, фруктозо-6-фосфата и 3-ФГА), то есть возможно переключение этих процессов.

Значение неокислительного этапа:

1. Стабилизирует концентрацию фосфопентоз в клетке, то есть утилизирует лишние фосфопентозы. Благодаря связи с гликолизом лишние пентозы катаболизируют по гликолитическому пути, давая клеткам энергию.

2. Синтез фосфопентоз в клетке при торможении окислительного этапа благодаря обратимости реакций неокислительного превращения.

Регуляция пентозофосфатного пути, в основном, осуществляется на уровне дегидрогеназ. Инсулин индуцирует синтез глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и 6-фосфоглюконат-дегидрогеназы. Жирные кислоты — аллостерические ингибиторы глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Увеличение уровня НАДФН^.Н⁺ в клетке тормозит окисление глюкозы по ПФП.