Пентозофосфатний шлях

Введення

Пентозофосфатний шлях або гексозомонофосфатний шунт являється альтернативним шляхом катаболізму глюкози, основною метою якого являється утворення NADPH та рибози.Вище згадані молекули являються життєво необхідними для нашої клітини, тому-що:

• NADPH потрібен для синтезу жирних кислот, холестерину, нейромедіаторів, нуклеотидів
• Також NADPH має захисну функцію для клітини: він потрібен для відновлення(віддає електрон) глутатіону, таким чином бореться з окислювальним стресом(коли вільних радикалів більше, ніж антиоксидантів)
• Рибоза ж потрібна для синтезу нуклеотидів(ДНК, АТФ, ГТФ, УТФ тощо)

На даному зображені ми бачимо загальну схему пентозофосфатного шляху.
ПФШ має дві стадії: окислювальна та неокислювальна.В процесі окислювальної стадії НАДФ⁺ відновлюється до НАДФН(2 молекули), по завершенню цієї стадії утворюється продукт - рибулоза-5-фосфат, який далі може перетворитись в ксилюлозу-5-фосфат та рибозу-5-фосфат, які далі вступають в неокислювальну стадію ПФШ.

Пентозофосфатний шлях відбувається в цитоплазмі усіх клітин, але найактивніше - в печінці, еритроцитах та молочній залозі, складається з двох етапів:

• Окислювальний етап
• Неокислювальний етап

Окислювальний етап

Перший крок.
Глюкоза потрапляє в клітину через ГЛЮТ канал, де в цитоплазмі її фосфорилює гексокіназа, в результаті чого ми маємо глюкозу-6-фосфат.

Другий крок.
Фермент глюкоза-6-фосфат дегідрогеназа забирає гідроген від першого атому карбону, в результаті чого там утворюється подвійний зв'язок з оксигеном(див. малюнок нижче).А гідроген який ми забрали піде на відновлення NADP⁺(нікотинамід аденін динуклеотид фосфат, НАДФ⁺), в результаті ми отримаємо NADPH + H⁺.В результаті ми маємо молекулу, яка називається 6-фосфоглюконолактон.

На цій схемі зображені реакції окислювальної стадії пентозофосфатного шляху.Особливо дуже сильно зверніть увагу на глюкозо-6-фосфат дегідрогеназу, так як мутація цього ферменту може призводити до гемолізу еритроцитів(наступні теми).

Третій крок.
За допомогою фермента лактоназа ми розриваємо "цикл" глюкози і утворюємо з неї лінійну молекули.Для цієї реакції потрібна вода, а в результаті ми отримуємо молекулу - 6-фосфоглюконат.

Четвертий крок.

Фермент 6-фосфоглюконат дегідрогеназа каталізує окиснення(забирає гідроген) та декарбоксилювання(забирає атом карбону) нашого 6-фосфоглюконату, в результаті, за рахунок гідрогену ми відновлюємо NADP⁺ до NADPH + H⁺ а карбон утворює CO₂.Таким чином, ми утворили пентозу(5-вуглецевий цукор) - рибулозу-5-фосфат.

ЗАПАМ'ЯТАЙТЕ: глюкоза - альдоза(містить альдегідну групу CHO), в результаті окислювальної фази пентозофосфатного шляху утворюється рибулоза, яка являється кетозой(містить кето-групу R-C=O (R-радикал)).Це дуже важливо, так як далі ми будемо гратися альдегідними та кетонними групами.

Неокислювальний етап

В процесі цього етапу ми не будемо нічого відновлювати: ми будемо гратися пентозами.
До речі, окислювальна фаза була необерненою, коли ця - обернена.

Наша рибулоза-5-фосфат, яка утворилась в минулій фазі може піти двома шляхами(або, або):

• Перетворитись в рибозу-5-фосфат(альдоза) за допомогою ферменту фосфопентоза ізомераза
• Перетворитись в ксилолузу-5-фосфат(кетоза) за допомогою ферменту фосфопентоза епімераза

Епімеризація та ізомеризація рибулози-5-фосфат

Тепер давайте уявімо, що в нас є 100 молекул глюкози, які пішли по пентозофосфатному шляху і у нас утворилось 50 молекули рибози-5-фосфат та 50 молекул ксилулози-5-фосфат.

Фермент Транскетолаза(кофактором якого являється тіамін пірофосфат забирає перші два атоми карбону від ксилулози-5-фосфат та перекидає їх на рибозу-5-фосфат в результаті чого утворюється:

• Гліцеральдегід-3-фосфат
• Седогептулоза-7-фосфат

Схема реакції за участю транскетолази, кофактором для якої є похідне від вітаміну B₁ - піридоксальфосфат.

Далі, фермент трансальдолаза перекидає перші три атоми карбону від седогептулози-7-фосфат на гліцеральдегід-3-фосфат, в результаті чого утворюється:

• Еритроза-4-фосфат
• Фруктоза-6-фосфат

Реакція за участю трансальдолази, яка не потребує ніяких кофакторів

Ну і остання реакція каталізується ферментом транскетолазой(ми її вже зустрічали).Перші два атоми карбону від ксилулози-5-фосфат переходять до еритрози-4-фосфат, в результаті чого ми маємо:

• Гліцеральдегід-3-фосфат
• Фруктоза-6-фосфат

Друга за рахунком реакція за участю транскетолази

Регуляція пентозофосфатного шляху

Ми поки-що недосконально знаємо як це все регулюється, але якщо клітина знаходиться в стадії активного росту, то вона буде утворювати дуже багато рибози для синтезу нуклеотидів.
Але якщо в клітині розвивається окислювальний стрес, то пентозофосфатний шлях буде "перекликуватись" з гліколізом через фруктозу-6-фосфат, яка утворюється в процесі неокислювальної фази.Якщо клітина знаходиться в стані окислювального стресу, то вона відразу зупиняє гліколіз і всю глюкозу передає на пентозофосфатний шлях для синтезу NADPH.Глюкоза проходить через окислювальну стадію, в результаті чого ми отримуємо наш нуклеотид та пентозу, остання піде в неокислювальну фазу та утворить фруктозу-6-фосфат(являється проміжним продуктом гліколізу), яка за допомогою фермента фосфоглюкоізомераза перейде в глюкозу-6-фосфат і знову піде в пентозофосфатний шлях, таким чином ми маємо цикл.