În acest articol vom lua în considerare una dintre variantele oxidării glucozei - calea pentozei fosfatului. Vor fi analizate și descrise variante ale cursului acestui fenomen, metode de implementare a acestuia, nevoia de enzime, semnificația biologică și istoria descoperirii.
Prezentarea fenomenului
Calea pentozei fosfat este una dintre modalitățile prin care C6H12O6 (glucoza) este oxidată. Constă dintr-o etapă oxidantă și neoxidantă.
Ecuația generală a procesului:
3glucoza-6-fosfat+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2fructoză-6-fosfat+gliceraldehidă-3-fosfat.
După trecerea prin calea oxidativă a pentozei fosfat, molecula de hiceraldehidă-3-fosfat este transformată în piruvat și formează 2 molecule de acid adenozin trifosforic.
Animalele și plantele dintre subunitățile lor au o distribuție largă a acestui fenomen, dar microorganismele îl folosesc doar ca proces auxiliar. Toate enzimele căii sunt localizate în citoplasma celulară în organismele animale și vegetale. În plus, mamiferele conțin aceste substanțede asemenea, în EPS și plante în plastide, în special în cloroplaste.
Calea pentozofosfatului de oxidare a glucozei este similară cu procesul de glicoliză și are o cale evolutivă extrem de lungă. Probabil, în mediul acvatic al Arheei, înainte de apariția vieții în sensul ei modern, au avut loc reacții care erau tocmai de natură pentozo-fosfat, dar catalizatorul unui astfel de ciclu nu era o enzimă, ci ionii metalici.
Tipuri de reacții existente
Așa cum sa menționat mai devreme, calea pentozei fosfat distinge două etape sau cicluri: oxidativ și neoxidant. Ca rezultat, pe partea oxidativă a căii, C6H12O6 este oxidat din glucoză-6-fosfat la ribuloză-5-fosfat, iar în final NADPH este redus. Esența etapei non-oxidative este de a ajuta la sinteza pentozei și de a te include în reacția de transfer reversibilă a 2-3 „bucăți” de carbon. În plus, poate apărea din nou transferul pentozelor în starea de hexoză, care este cauzată de un exces de pentoză în sine. Catalizatorii implicați în această cale sunt împărțiți în 3 sisteme enzimatice:
- sistem de dehidro-decarboxilare;
- sistem de tip izomerizant;
- un sistem conceput pentru reconfigurarea zaharurilor.
Reacții cu și fără oxidare
Partea oxidativă a căii este reprezentată de următoarea ecuație:
Glucoză6fosfat+2NADP++H2Oàribuloză5fosfat+2 (NADPH+H+)+CO2.
BÎn etapa neoxidativă, există doi catalizatori sub formă de transaldolază și transketolază. Ele accelerează ruperea legăturii C-C și transferul fragmentelor de carbon ale lanțului care se formează ca urmare a acestei ruperi. Transketolaza exploatează coenzima tiamină pirofosfat (TPP), care este un ester de vitamine (B1) de tip difosfor.
Forma generală a ecuației etapei în versiunea neoxidativă:
3 ribuloză5fosfat–1 riboză5fosfat+2 xiluloză5fosfat–2 fructoză6fosfat+gliceraldehidă3fosfat.
Variația oxidativă a căii poate fi observată atunci când NADPH este utilizat de celulă sau, cu alte cuvinte, atunci când trece în poziția standard în forma sa neredusă.
Utilizarea reacției de glicoliză sau a căii descrise depinde de cantitatea de concentrație de NADP+ din grosimea citosolului.
Cicl de cale
Rezumând rezultatele obținute în urma analizei ecuației generale a căii variantei neoxidative, vedem că pentozele se pot întoarce de la hexoze la monozaharide de glucoză folosind calea pentozo-fosfatului. Conversia ulterioară a pentozei în hexoză este procesul ciclic al pentozei fosfat. Calea luată în considerare și toate procesele sale sunt concentrate, de regulă, în țesuturile adipoase și în ficat. Ecuația totală poate fi descrisă ca:
6 glucoză-6-fosfat+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 glucoză-6-fosfat+6 CO2.
Tip non-oxidant de cale pentoza fosfat
Etapa non-oxidativă a căii pentozei fosfat poate rearanja glucoza fărăeliminarea CO2, care este posibilă datorită sistemului enzimatic (rearanjează zaharurile și enzimele glicolitice care transformă glucoza-6-fosfat în gliceraldehidă-3-fosfat).
La studierea metabolismului drojdiilor formatoare de lipide (care le lipsește fosfofructokinaza, care le împiedică să oxideze monozaharidele C6H12O6 prin glicoliză), s-a dovedit că glucoza în cantitate de 20% suferă oxidare folosind calea pentozei fosfatului, restul de 80% suferă reconfigurare în stadiul neoxidant al traseului. În prezent, răspunsul la întrebarea cum se formează exact un compus cu 3 atomi de carbon, care poate fi creat numai în timpul glicolizei, rămâne necunoscut.
Funcție pentru organismele vii
Valoarea căii pentozei fosfat la animale și plante, precum și la microorganisme este aproape aceeași. Toate celulele efectuează acest proces pentru a forma o versiune redusă a NADPH, care va fi folosit ca donor de hidrogen într-un reacție de tip reducere și hidroxilare. O altă funcție este de a furniza celulelor riboză-5-fosfat. În ciuda faptului că NADPH se poate forma ca urmare a oxidării malatului cu crearea de piruvat și CO2, iar în cazul dehidrogenării izocitratului, producerea de echivalenți reductivi are loc datorită procesului de pentoză fosfat. Un alt intermediar al acestei căi este eritroza-4-fosfatul, care, prin condensare cu fosfoenolpiruvați, inițiază formarea de triptofani, fenilalanine și tirozine.
OperațiuneCalea pentozei fosfat este observată la animale în organele ficatului, glandele mamare în timpul alăptării, testiculele, cortexul suprarenal, precum și în eritrocite și țesuturi adipoase. Acest lucru se datorează prezenței reacțiilor active de hidroxilare și regenerare, de exemplu, în timpul sintezei acizilor grași, se observă, de asemenea, în timpul distrugerii xenobioticelor în țesuturile hepatice și a formei de oxigen activ în celulele eritrocitelor și alte țesuturi. Procese ca acestea generează o cerere mare pentru o varietate de echivalente, inclusiv NADPH.
Să luăm în considerare exemplul eritrocitelor. În aceste molecule, glutationul (tripeptida) este responsabil pentru neutralizarea formei de oxigen activ. Acest compus, aflat în curs de oxidare, transformă peroxidul de hidrogen în H2O, dar tranziția inversă de la glutation la variația redusă este posibilă în prezența NADPH+H+. Dacă celula are un defect în glucozo-6-fosfat dehidrogenază, atunci poate fi observată agregarea promotorilor hemoglobinei, în urma căreia eritrocitul își pierde plasticitatea. Funcționarea lor normală este posibilă numai cu funcționarea completă a căii pentozei fosfatului.
Calea inversă a pentozei fosfatului plantei oferă baza pentru faza întunecată a fotosintezei. În plus, unele grupuri de plante depind în mare măsură de acest fenomen, care poate provoca, de exemplu, interconversia rapidă a zaharurilor etc.
Rolul căii de pentoză fosfat pentru bacterii constă în reacțiile metabolismului gluconaților. Cianobacteriile folosesc acest proces în virtutealipsa unui ciclu Krebs complet. Alte bacterii exploatează acest fenomen pentru a expune diferite zaharuri la oxidare.
Procese de reglementare
Reglarea căii pentozei fosfat depinde de prezența cererii de glucoză-6-fosfat de către celulă și de nivelul de concentrație a NADP+ în fluidul citosol. Acești doi factori vor determina dacă molecula menționată mai sus va intra în reacții de glicoliză sau în calea de tip pentoză fosfat. Absența acceptoarelor de electroni nu va permite ca primii pași ai căii să continue. Odată cu transferul rapid al NADPH în NADPH+, nivelul de concentrare al acestuia din urmă crește. Glucoza 6 fosfat dehidrogenaza este stimulată alosteric și, în consecință, crește cantitatea de flux de glucoză 6 fosfat prin calea de tip pentoză fosfat. Încetinirea consumului de NADPH duce la o scădere a nivelului de NADP+, iar glucoza-6-fosfatul este eliminat.
Date istorice
Calea pentozei fosfat și-a început calea de cercetare datorită faptului că a fost acordată atenție lipsei de modificare a consumului de glucoză de către inhibitorii generali de glicoliză. Aproape simultan cu acest eveniment, O. Warburg a făcut descoperirea NADPH și a început să descrie oxidarea glucozei-6-fosfaților la acizi 6-fosfogluconici. În plus, s-a dovedit că C6H12O6, marcat cu izotopi 14C (marcat conform C-1), sa transformat în 14CO2 relativ mai rapid decât aceasta este aceeași moleculă, dar etichetată C-6. Acesta este ceea ce a arătat importanța procesului de utilizare a glucozei în timpulasistenta rutelor alternative. Aceste date au fost publicate de I. K. Gansalus în 1995.
Concluzie
Și așa, vedem că calea luată în considerare este folosită de celule ca o modalitate alternativă de oxidare a glucozei și este împărțită în două opțiuni în care poate continua. Acest fenomen este observat în toate formele de organisme pluricelulare și chiar în multe microorganisme. Alegerea metodelor de oxidare depinde de diverși factori, de prezența anumitor substanțe în celulă în momentul reacției.
