Витамины необходимы для работы пентозофосфатного пути

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ

Открытие пути прямого окисления углеводов, или, как его называют, пентозофосфатного цикла, принадлежит О. Варбургу, Ф. Липману, Ф. Дикенсу и В.А. Энгельгарду. Расхождение путей окисления углеводов – классического (цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса) и пентозофосфатного – начинается со стадии образования гексозомонофосфата. Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который фосфорилируется второй раз и превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат, то в этом случае дальнейший распад углеводов происходит по обычному гликолитическому пути с образованием пировиноградной кислоты, которая, окисляясь до ацетил-КоА, затем «сгорает» в цикле Кребса.

Если второго фосфорилирования гексозо-6-монофосфата не происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз. В норме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от типа ткани и ее функционального состояния.

У млекопитающих активность пентозофосфатного цикла относительно высока в печени, надпочечниках, эмбриональной ткани и молочной железе в период лактации. Значение этого пути в обмене веществ велико. Он поставляет восстановленный НАДФН, необходимый для биосинтеза жирных кислот, холестерина и т.д. За счет пентозофосфатного цикла примерно на 50% покрывается потребность организма в НАДФН.

Другая функция пентозофосфатного цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых кислот и многих коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пенто-зофосфатного пути окисления глюкозы возрастает. Механизм реакций пентозофосфатного цикла достаточно расшифрован.

Рис. 10.12. Пентозофосфатный путь окисления углеводов.

Пентозофосфатный цикл начинается с окисления глюкозо-6-фосфата и последующего окислительного декарбоксилирования продукта (в результате от гексозофосфата отщепляется первый атом углерода). Это первая, так называемая окислительная, стадия пентозофосфатного цикла. Вторая стадия включает неокислительные превращения пентозофосфатов с образованием исходного глюкозо-6-фосфата (рис. 10.12). Реакции пен-тозофосфатного цикла протекают в цитозоле клетки.

Первая реакция – дегидрирование глюкозо-6-фосфата при участии фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и кофермента НАДФ + . Образовавшийся в ходе реакции 6-фосфоглюконо-δ-лактон – соединение нестабильное и с большой скоростью гидролизуется либо спонтанно, либо с помощью фермента 6-фосфоглюконолактоназы с образованием 6-фос-фоглюконовой кислоты (6-фосфоглюконат):

Во второй – окислительной – реакции, катализируемой 6-фосфоглюко-натдегидрогеназой (декарбоксилирующей), 6-фосфоглюконат дегидрируется и декарбоксилируется. В результате образуется фосфорилированная кетопентоза – D-рибулозо-5-фосфат и еще 1 молекула НАДФН:

Под действием соответствующей эпимеразы из рибулозо-5-фосфата может образоваться другая фосфопентоза – ксилулозо-5-фосфат. Кроме того, рибулозо-5-фосфат под влиянием особой изомеразы легко превращается в рибозо-5-фосфат. Между этими формами пентозофосфатов устанавливается состояние подвижного равновесия:

При определенных условиях пентозофосфатный путь на этом этапе может быть завершен. Однако при других условиях наступает так называемый неокислительный этап (стадия) пентозофосфатного цикла. Реакции этого этапа не связаны с использованием кислорода и протекают в анаэробных условиях. При этом образуются вещества, характерные для первой стадии гликолиза (фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат, фосфотрио-зы), а другие – специфические для пентозофосфатного пути (седогептулозо-7-фосфат, пентозо-5-фосфаты, эритрозо-4-фосфат).

Основными реакциями неокислительной стадии пентозофосфатного цикла являются транскетолазная и трансальдолазная. Эти реакции катализируют превращение изомерных пентозо-5-фосфатов:

Коферментом в транскетолазной реакции служит ТПФ, играющий роль промежуточного переносчика гликольальдегидной группы от ксилулозо-5-фосфата к рибозо-5-фосфату. В результате образуется семиуглеродный моносахарид седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат.

Транскетолазная реакция в пентозном цикле встречается дважды, второй раз – при образовании фруктозо-6-фосфата и триозофосфата в результате взаимодействия второй молекулы ксилулозо-5-фосфата с эритрозо-4-фосфатом:

Фермент трансальдолаза катализирует перенос остатка диоксиацетона (но не свободного диоксиацетона) от седогептулозо-7-фосфата на гли-церальдегид-3-фосфат:

Шесть молекул глюкозо-6-фосфата, вступая в пентозофосфатный цикл, образуют 6 молекул рибулозо-5-фосфата и 6 молекул СО₂, после чего из 6 молекул рибулозо-5-фосфата снова регенерируется 5 молекул глюко-зо-6-фосфата (см. рис. 10.12). Однако это не означает, что молекула глюкозо-6-фосфата, вступающая в цикл, полностью окисляется. Все 6 молекул СО₂ образуются из С-1-атомов 6 молекул глюкозо-6-фосфата.

Валовое уравнение окислительной и неокислительной стадий пенто-зофосфатного цикла можно представить в следующем виде:

Образовавшийся НАДФН используется в цитозоле на восстановительные синтезы и, как правило, не участвует в окислительном фосфори-лировании, протекающем в митохондриях.

В последние годы появились работы, которые дают основание предполагать, что в некоторых тканях схема пентозофосфатного превращения углеводов сложнее, чем это представлено на рис. 10.12. Согласно этой более полной схеме пентозофосфатного пути, первые этапы превращения совпадают с прежней схемой, однако после первой транскетолазной реакции начинаются некоторые отклонения (рис. 10.13).

Считают, что пентозофосфатный путь и гликолиз, протекающие в ци-тозоле, взаимосвязаны и способны переключаться друг на друга в зависимости от соотношения концентраций промежуточных продуктов, образовавшихся в клетке (см. рис. 10.13).

Источник

Пентозофосфатный шунт (ПФШ)

Пентозофосфатный шунт (путь, цикл) является альтернативным путем окисления глюкозы. Наиболее активен этот процесс в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, фагоцитирующих лейкоцитах, лактирующей молочной железе, семенниках. Протекает он в цитозоле без участия кислорода и состоит из 2 стадий окислительной и неокислительной. В окислительной стадии происходит восстановление НАДФН₂, который используется: 1) для регенерации глутатиона в антиоксидантной системе; 2) для синтеза жирных кислот; 3) в оксигеназных реакциях с участием цитохрома Р₄₅₀ при обезвреживании ксенобиотиков, метаболитов, синтезе холестерина, стероидных гормонов и т.д. В неокислительной стадии образуются различные пентозы. Рибозо-5ф может использоваться для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

Тканевые особенности функционирования ПФШ (пути, цикла).

В зависимости от потребности ткани, пентозофосфатный процесс может протекать в виде метаболического цикла, пути или шунта начальных реакций гликолиза:

1. При ПФЦ или ПФШ в качестве продукта образуется только НАДФН₂. Пентозы в этом случае не являются конечным продуктом, они превращаются в фосфогексозы, которые замыкают цикл, или уходят в гликолиз, завершая шунт. В жировой ткани, эритроцитах.

2. Продуктом ПФП являются НАДФН₂ и пентозы. В печени, костном мозге.

3. В тканях, которые не испытывают потребность в НАДФН₂, функционирует только неокислительная стадия ПФП, причем ее реакции идут в обратную сторону начиная с фруктозы-6ф до фосфопентоз. В мышцах.

Реакции окислительной стадии

Окислительная стадия ПФШ (пути, цикла) состоит из 3 необратимых реакций:

1). Глюкозо-6ф дегидрогеназа (глюкозо-6ф: НАДФ + оксидоредуктаза). Ингибитор НАДФН₂. Индуктор инсулин.

2). Глюконолактонгидратаза (6-фосфоглюконат: гидро-лиаза).

3). 6-фосфоглюконат дегидрогеназа (6-фосфоглюконат: НАДФ + оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)). Индуктор инсулин.

Схема ПФШ (пути, цикла)

На схеме неокислительная стадия начинается с эпимераз и изомераз, которые изомеризуют рибулозо-5ф. Все реакции неокислительной стадии обратимы.

Общее уравнение ПФЦ:

6 глюкозо-6ф + 12 НАДФ + → 6 СО₂ + 12 НАДФН₂ + 5 глюкозо-6ф

Общее уравнение ПФШ:

3 глюкозо-6ф + 6 НАДФ + → 3 СО₂ + 6 НАДФН₂ + 2 фруктозо-6ф + ФГА

Общие уравнения ПФП:

1) глюкозо-6ф + 2 НАДФ + → СО₂ + 2 НАДФН₂ + рибозо-5ф

2) 2 фруктозо-6ф + ФГА → 3 рибозо-5ф

Патология ПФШ

НАДФН₂ является важным компонентом антиоксидантной защиты, он необходим для регенерации глутатиона, который с участием глутатионпероксидазы разрушает активные формы кислорода. Так как в эритроцитах НАДФН₂ образуется только в реакциях ПФШ, дефект глюкозо-6ф ДГ вызывает дефицит НАДФН₂ и снижение антиоксидантной защиты. В этом случае под действием прооксидантов, например, антималярийных препаратов происходит существенное повышение СРО. Активация СРО вызывает окисление цистеина в белковой части гемоглобина, в результате чего протомеры гемоглобина, соединяясь дисульфидными мостиками, образуют тельца Хайнца. Т.к. тельца Хайнца снижают пластичность клеточной мембраны эритроцитов, она при деформации в капиллярах разрушается. Массированный гемолиз эритроцитов ведет к развитию гемолитической анемии.

Витамин B₁ (тиамин).

Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединённые метановым мостиком.

Источники. Витамин В₁ — первый витамин, выделенный в кристаллическом виде К. Фун-ком в 1912 г. Он широко распространён в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.). В организмах животных витамин В₁, содержится преимущественно в виде дифосфорного эфира тиамина (ТДФ); он образуется в печени, почках, мозге, сердечной мышце путём фосфорилирования тиамина при участии тиаминкиназы и АТФ.

Суточная потребность взрослого человека в среднем составляет 2-3 мг витамина В₁. Но потребность в нём в очень большой степени зависит от состава и общей калорийности пищи, интенсивности обмена веществ и интенсивности работы. Преобладание углеводов в пище повышает потребность организма в витамине; жиры, наоборот, резко уменьшают эту потребность.

Биологическая роль витамина В₁, определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум трёх ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват- и α-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбокси-лировании пирувата и α-кетоглутарата; в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов.

Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В₁ — полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов. Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем — потеря кожной чувствительности и наступает паралич (бери-бери). Второй важнейший признак заболевания — нарушение сердечной деятельности, что выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении размеров сердца и в появлении болей в области сердца. К характерным признакам заболевания, связанного с недостаточностью витамина В₁, относят также нарушения секреторной и моторной функций ЖКТ; наблюдают снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника.

Источник

Параграф 35. пентозофосфатный путь

Автор текста – Анисимова Е.С. Продавать текст нельзя. Авторские права защищены.
Курсив не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
или — https://vk.com/bch_5

ПАРАГРАФ 35.
«ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ПУТЬ».
См. также п.26, 27, 46, 48, 72, 82, 103, 106, 121.

35. 1. Определение, продукты процесса, для чего они нужны.
ПФП – это реакции, которые могут привести к образованию НАДФН (из НАДФ+) и рибозо-5-фосфата из глюкозы (поэтому процесс так и называется).
Рибозо-5-фосфат нужен для синтеза ДНК (вместе с НАДФН), РНК и нуклеотидов (АТФ и другие).
Для получения нуклеотида из рибозо-5-фосфата нужно добавить к нему азотистое основание (см. п. 72). Полимеры из нуклеотидов – это ДНК и РНК.
НАДФН нужен для АНТИОКИСЛИТЕЛЬНОЙ системы (п.27), гидроксилирования (п.26) и т.д.

35. 2. Регуляция ПФП.
ПФП путь стимулируется ИНСУЛИНОМ, поэтому у больных сахарным диабетом ПФП протекает недостаточно активно, что приводит к дефициту его продуктов и следующим из этого осложнениям (п.103).
Кроме гормональной регуляции, у ПФП есть аллостерическая регуляция (п.6). Как обычно, ингибитором является продукт процесса – НАДФН, а активатором является субстрат НАДФ+.

35. 3. Причины недостаточной активности ПФП и дефицита его продукта.
1 – недостаток витаминов РР (для НАДФН) и В1 (при дефиците в питании ОТРУБЕЙ, печени, яиц, орехов, бобовых и т.д.),
2 – сахарный диабет,
3 – недостаточная активность ферментов ПФП из-за мутаций кодирующих их генов,
4 – голод и другие ситуации, которые приводят к гипогликемии (п.37).
Все эти ситуации приводят к снижению ПФП, дефициту его продуктов (рибозо-5-фосфата,НАДФН), снижению деления клеток, синтеза белка, снижению активности антиокислительной системы и соответствующим симптомам, заболеваниям и общему СТАРЕНИЮ.
Ряд симптомов авитаминозов РР (пеллагра) и В1 (бЕри-бЕри), ряд осложнений сахарного диабета обусловлены именно тем, что в этих ситуациях не хватает продуктов ПФП.

Тканевая локализация разных вариантов ПФП и их значение.

35. 4. Неокислительный вариант.
Реакции ПФП, которые дают рибозо-5-фосфат без НАДФН, называются НЕОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ВАРИАНТОМ ПФП (потому что при них не происходит отщепление водорода, не работают дегидрогеназы – п.20 и 6).
Рибозо-5-фосфат без НАДФН используется для синтеза РНК,
поэтому неокислительный вариант ПФП протекает в клетке тогда, когда ей нужен синтез РНК для синтеза белков (см.п.82).
Кроме того, неокислительный вариант нужен и для синтеза ДНК, поэтому активно протекает и перед делением клеток.
поэтому снижение ПФП может привести к замедлению деления клеток и таким симптомам, как – замедление заживления, дефицит клеток крови (эритропении и анемии, лейкопении и снижению иммунитета), дерматиты и т.д.

(тканевая локализация и значение неокислительного варианта)
1. Синтез белков (и неокислительный вариант ПФП для этого) активно происходит в большинстве клеток (в мышцах, нейронах (рецепторы нейромедиаторов и ферменты их синтеза и т.д.), печени и т.д.), кроме зрелых эритроцитов (п.121).
Обычные клетки синтезируют белки для того, чтобы ВОССТАНАВЛИВАТЬ ПОВРЕЖДЁННЫЕ структуры, синтезировать новые белки взамен повреждённых;
поэтому снижение ПФП препятствует восстановлению клеток.

2. Ряд клеток синтезируют белки «на экспорт», то есть для выделения из клеток (ДЛЯ СЕКРЕЦИИ).
2.2. Например, фибробласты секретируют коллаген,
2.3. В-лимфоциты секретируют антитела (поэтому снижение ПФП может привести к дефициту антителу и снижению иммунитета),
2.4. эндокринные железы секретируют белково-пептидные гормоны (п.100, 91),
2.4. ПЕЧЕНЬ секретирует большинство белков плазмы крови (кроме антител и ряда гормонов; п.90 и 39).
2.5. Большое количество белка секретируют (и производят) слюнные ЖЕЛЕЗЫ и поджелудочная железа – они вырабатывают пищеварительные ферменты (см. п.30 и 61).

3. Кроме того, синтез белков активно происходит ПЕРЕД ДЕЛЕНИЕМ КЛЕТОК (особенно много синтезируется гистонов для хромосом – см. 70),
поэтому снижение ПФП может привести к замедлению деления клеток и таким симптомам, как – замедление заживления, дефицит клеток крови (эритропении и анемии, лейкопении и снижению иммунитета), дерматиты и т.д.

4. При «накачивании» мышц увеличение размера мышц происходит за счёт увеличения синтеза мышечных белков. Такое увеличение размера ткани за счёт увеличения синтеза белков, без изменения количества клеток называется гипертрофией. Это ещё один пример ситуации, когда нужен неокислительный вариант ПФП.

Реакции неокислительного варианта ПФП обратимы. В них участвуют ферменты трансальдолазы и транскетолазы, нужен витамин В1 (в составе кофермента пиридоксальфосфата). Эти реакции относятся и к реакциям пентозного цикла (далее).

Краткий повтор казанного выше: неокислительный вариант ПФП нужен для синтеза как РНК, так и ДНК.
Синтез РНК нужен для синтеза белков: для самой клетки, на экспорт и перед делением клетки.

35. 5. Окислительный вариант
Реакции ПФП, которые дают и рибозо-5-фосфат, и НАДФН, называются ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ ВАРИАНТОМ ПФП
(потому что при них происходит отщепление водорода и работают дегидрогеназы).
Рибозо-5-фосфат вместе с НАДФН используется для синтеза ДНК,
поэтому окислительный вариант ПФП протекает в клетке тогда, когда ей нужен синтез ДНК.
Синтез ДНК нужен клетке ДЛЯ РЕПАРАЦИИ ДНК (п.79; это продлевает жизнь клетки и организма),
а также ПЕРЕД ДЕЛЕНИЕМ КЛЕТОК (исключение – одно из делений мейоза), то есть для пролиферативных процессов.
Поэтому снижение ПФП приводит к снижению деления клеток (снижению пролиферации) и соответствующим симптомам (далее).
Окислительный вариант даёт 1 молекулу рибозо-5-фосфата и 2 молекулы НАДФН,
а на синтез одного дезоксинуклеотида нужно по одной молекуле рибозо-5-фосфата и НАДФН,
поэтому для уравнивания количеств этих веществ нужно дополнительно делать только рибозо-5-фосфат, и «доделать» нужно количество рибозо-5-фосфата помогает неокислительный вариант.
То есть для синтеза ДНК мало окислительного пути – должны идти и окислительный, и неокислительный – только тогда можно получить равное количество рибозо-5-фосфата и НАДФН для синтеза ДНК.
Кроме того, ДНК существует в комплексе с белками гистонами (см. п.73 и 74), для синтеза которых тоже нужен неокислительный вариант ПФП.

Ситуации, в которых происходит быстрая пролиферация
(и для которых поэтому нужен окислительный вариант ПФП):
1 – ТКАНИ РАСТУЩЕГО ОРГАНИЗМА, начиная с эмбриогенеза (поэтому без ПФП эмбриогенез невозможен); с возрастом активность ПФП снижается.
2 – ткани ПРИ ЗАЖИВЛЕНИИ после повреждения.
(например, срастание кости после перелома, заживление пореза, ожога, обморожения и т.д.),
поэтому при снижении ПФП заживление замедляется.
3 – постоянная регенерация ЭПИТЕЛИАЛЬНЫХ тканей:
3.1 – базального слоя эпидермиса (поэтому при снижении ПФП – дерматиты, повреждения кожи, инфекции кожи),
3.2 – эпителия ЖКТ (поэтому при снижении ПФП – повреждения слизистой оболочки ЖКТ, язвы),
3.3 – эпителия дыхательной и мочеполовой системы (поэтому при снижении ПФП – повышается риск инфицирования).
4 – клетки КРАСНОГО КОСТНОГО МОЗГА при кроветворении (поэтому при снижении ПФП снижается кроветворение и возникает дефицит клеток крови, что приводит к снижению иммунитета и снабжения кислородом – п.121 и 32, 22).
5 – клетки, из которых образуются сперматозоиды (поэтому снижение ПФП может привести к бесплодию).

Ткани, для клеток которых характерна пролиферация, активное деление клеток, называют быстро пролиферирующими тканями.

Выше перечислены ткани, пролиферация в которых нужна. Там патология возникает при снижении пролиферации и ПФП.
Но есть противоположные ситуации – когда патология связана не с недостаточной, а с избыточной пролиферацией. Это опухолевые процессы. П. 87.

35. 5. 2. Реакции окислительного варианта ПФП. (И части пентозного цикла.)
1-я реакция (необратимая) ОВ ПФП – фосфорилирование;
такая же, как в гликолизе и синтезе гликогена, то есть превращение глюкозы в глюкозо-6-фосфат под действием гексокиназы и с затратой одной молекулы АТФ.
См. её в п. 31 и 32. Дорисуйте формулы.

Основные
с у б с т р а т ы +субстрат
– продукт Основные
п р о д у к т ы О п и с а н и е
р е а к ц и и -азы
* учить АТФ
Г л ю к о з а ; Глюкозо-6-фосфат Присоединение фосфата к глюкозе ГК * 1

+ АТФ
(дает
фосфат)
— АДФ
По 6-му положению глюкозы.
Источником фосфата является АТФ. Фосфат присоединяется к глюкозе
сложноэфирной связью – к кислороду
ОН группы, «вытесняя» при этом атом Н. Гексо-
Киназа
фосфори-
лирует
гексозы
Трата
1-й
АТФ

2-я реакция (необратимая) ОВ ПФП – дегидрирование:
Два атома водорода в первом положении глюкозо-6-фосфата отщепляются (другими словами, глюкозо-6-фосфат дегидрируется).
В результате связь первого атома углерода с атомом кислорода становится двойной. Получившееся вещество называется 6-Ф-глюконо/лактоном.
Отщеплённые 2 атома водорода переносятся на кофермент НАДФ+, превращая его в НАДФН
(не путайте с НАД+ в ЦТК). Кофермент НАДФН НЕ ОТДАЁТ атомы водорода в дыхательную цепь, в отличие от кофермента НАДН. НАДФН отдаёт атомы водорода для синтеза ДНК, антиокислительной системы и т.д. (далее).
Для кофермента НАДФН нужен витамин РР (никотинамид входит в состав НАДФН).
Фермент, катализирующий эту реакцию (дегидрирование глюкозо-6-фосфата), называется дегидрогеназой глюкозо-6-фосфата или глюкозо-6-фосфат/дегидрогеназой.
Встречаются люди с низкой активностью этого фермента – у них снижена активность ПФП, дефицит его продуктов; они страдают от гемолиза – п.121.
Эта реакция даёт первую молекулу НАДФН.
Дорисуйте формулы
Глюкоза-6-Ф ; 6-Ф-глюконо/лактОН Дегидрирование Г-6-Ф Г-6-ФДГ

+ НАДФ+
(за 2Н)
— НАДФН
Для антиокисл и т.д.
Г-6-Ф превращается в 6-Ф-
глюконо/лактОН в результате отщепления 2-х атомов Н (дегидрирования) в первом положении.
Лактон – внутримолекулярный сложный эфир. Г-6-Ф-
Де-
Гидро-
Геназа

3-я реакция ПФП (необратимая) – расщепляется связь
между первым атомом углерода и атомом кислорода, который «в цикле»; цикл перестаёт быть циклом.
При расщеплении связи присоединяется молекула воды (то есть способ расщепления – гидролиз):
атом водорода присоединяется к атому кислорода, образуя ОН группу,
а ОН атомы воды присоединяются к первому атому кислорода, в результате чего в первом положении образуется СООН (карбоксильная) группа.
Фермент, который катализирует гидролиз 6-фосфо-глюконо/лактона, называется гидролазой 6-фосфо/глюконо/лактона или 6-фосфо-глюконолактон/гидролазой или просто лактоназой.
Образующееся соединение называется 6-фосфоглюконатом (не путать с глюкуронатом, у которого СООН группа не в 1-и, а в 6-м положении). Дорисуйте формулы

6-Ф-глюконо/лактОН ; 6-Ф-глюконАТ = 6-ФГ Гидролиз 6-Ф-глюконо/лактона S+аза

+ НОН
Связь между атомом О в 5-м положении и
первым атомом углерода расщепляется,
«по местам разрыва связи» присоединяется вода (гидролиз): Н – к атому О и ОН – к 1-му атому С. 6-Ф Глюконо-
Лактон-
аза

4-я реакция ОВ ПФП (необратимая) – дегидрирование:
от 6-фосфо/глюконата отщепляются СОО атомы СООН группы (в виде СО2) и два атома водорода, бывшие в третьем положении.
Образующееся соединение называется рибулозо-5-фосфатом. У него есть С=О (кетогруппа) во 2-м положении.
6-фосфоглюконат превращается в рибулозо-5-фосфат в результате отщепления СОО атомов карбоксильной группы м
Отщеплённые 2 атома водорода переносятся на кофермент НАДФ+, превращая его в НАДФН.
Фермент, катализирующий эту реакцию (дегидрирование глюкозо-6-фосфата), называется дегидрогеназой 6-фосфо-глюконата или 6-фосфат/глюконат/дегидрогеназой.
Эта реакция даёт вторую молекулу НАДФН в расчёте на 1 молекулу глюкозы.
Если хорошо знаете формулу рибулозы, то можете не помнить, что отщепляется от 6-фосфо-глюконата – об этом можно догадаться, просто сравнив формулы (снизу вверх) и найдя в них отличия.

— СО2 Н (нет СОО)
|
Н – С – ОН
|
С = О
|
Н – С – ОН
|
Н – С – ОН
|
СН2О – РО3Н2 6-Ф-глюконАТ превращается
в рибУЛозу-5-Ф
в результате отщепления
2-х атомов Н (дегидрирования)
в третьем положении
и отщепления СОО (декарбокилирования) первого положения.
Отщепленные 2Н переносятся на НАДФ+,
превращая его в НАДФН, Н+ – основной источник атомов Н для гидроксилаз, редуктаз, анти/окислительной системы.
6-Ф-Г-
Де-
Гидро-
Геназа

5-я реакция ОВ ПФП – изомеризация:
Рибулоза и рибоза являются изомерами, отличаются только положением С=О (карбонильной) группы.
В этой реакции происходит изомеризация, в результате которой рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат.

5. СН2ОН
|
С = О
|
Н – С – ОН
|
Н – С – ОН
|
СН2О – РО3Н2 —
Уметь
писать
цикли-
ческие
формы
этих
веществ Н – С = О
|
Н – С – ОН
|
Н – С – ОН
|
Н – С – ОН
|
СН2О – РО3Н2 Нужно знать циклическую форму
рибозо-5-фосфата.
Р-5-Ф – это часть нуклеотидов (АФТ и др.)
и нуклеиновых кислот (РНК и ДНК)
и используется для их синтеза.
Без Р-5-Ф синтез НК не возможен.
Чтобы из Р-5-Ф получить нуклеотид, нужно к Р-5-Ф присоединить азотистое основание.
Изо-
Мер-
аза

На этом реакции, которые считаются ОВ ПФП, заканчиваются. Если клетке нужен рибозо-5-фосфата, то она его использует (п.72) для синтеза нуклеотидов. А если не нужен, то рибоза-5-фосфат вступает в реакции неокислительного варианта ПФП, в результате которых образуется молекула глюкозы, из-за чего последовательное протекание реакций окислительного варианта и неокислительного варианта называется пентозным циклом.

Реакции окислительного варианта ПФП необратимы (кроме превращения рибулозо-5-фосфата в рибозо-5-фосфат).
Замечание: рибозо-5-фосфат можно получить из глюкозы и при окислительном варианте ПФП, и при неокислительном.
Но при окислительном варианте образуется ещё и НАДФН, а при неокислительном НАДФН не образуется.
35. 6. Пентозный цикл.
Реакции ПФП, которые дают только НАДФН без рибозо-5-фосфата называются ПЕНТОЗНЫМ ЦИКЛОМ.
Цикл реакций ПФП получается тогда, когда рибозо-5-фосфат, образованный в реакциях окислительного пути, не используется клеткой для синтеза нуклеотидов, а превращается клеткой опять в глюкозу в реакциях неокислительного пути (все реакции которого обратимы: можно и глюкозу превратить в рибозо-5-фосфат (не получая при этом НАДФН), и рибозо-5-фосфат превратить в глюкозу).
В результате образуется только НАДФН – по 2 молекулы от каждой молекулы глюкозы.
У глюкозы 6 атомов углерода, а у рибозы – 5. Из 6 молекул глюкозы можно получить 6 молекул рибозо-5-фосфата с 30-тью атомами углерода. Чтобы получить столько же молекул глюкозы, сколько было в начале (6 молекул глюкозы по 6 атомов углерода в каждой), нужно 36 атомов углерода. Из 6 молекул рибозо-5-фосфата (по 5 атомов углерода в каждом) можно получить только 30:6=5 молекул глюкозы. Поэтому ещё одна молекула глюкозы нужна «со стороны».
(тканевая локализация ПЦ и значение его и его продукта НАДФН)
Пентозный цикл протекает в клетке тогда, когда ей нужен только НАДФН, без рибозо-5-фосфата. Пентозный цикл протекает в тех клетках, которым нужен НАДФН без рибозо-5-фосфата.
В каких случаях НАДФН нужен без рибозо-5-фосфата – во всех, кроме синтеза дезоксинуклеотидов для ДНК.
В п.27 уже говорилось, что НАДФН (вместе с Н+) используется в качестве источника пары атомов водорода при работе антиокислительной системы, что защищает клетки и ткани от повреждений, продлевает молодость и жизнь, предотвращает гемолиз и катаракту, разрушение нейтрофилов (п.121).
Поэтому при снижении ПФП активность антиокислительной системы тоже снижается, что ускоряет старение и развитие ряда заболеваний: атеросклероза (п.49-51), онкологических, дегенеративных и т.д. (п.27), гемолиза и катаракты; снижает иммунитет (п.121).

Напоминание: НАДФН используется при работе фермента глутатионредуктаза (о редуктазах в п.20),
который превращает окисленный глутатион в восстановленный GSH, который используется для обезвреживания перекиси водорода и органических перекисей при участии фермента гллутатион/пероксидаза.
В частности, именно так НАДФН спасает эритроциты от гемолиза – см. п.121. Поэтому люди с дефицитом НАДФН (это бывает из-за сниженной активности ферментов ПФП) страдают от гемолиза, в том числе от таких его последствий, как гипоксия, дефицит АТФ в организме, ацидоз (п.32), желтухи (п.118)
Участвуя в работе антиокислительной системы, НАДФН защищает хрусталик от помутнения, поэтому при снижении ПФП (это характерно для диабетиков) хрусталик мутнеет – то есть развивается катаракта, зрение снижается.

Кроме глутатионредуктазы, НАДФН используется РЕДУКТАЗАМИ, участвующими в синтезе жирных кислот – п.46 и другими (п.20).
Кроме редуктаз, НАДФН используется ферментами ГИДРОКСИЛАЗАМИ в многочисленных реакциях гидроксилирования, то есть образования гидроксильных групп – п.20 и 26, 63, 14.
В том числе при синтезе гормонов:
гормонов счастья (серотонина, дофамина), других нейромедиаторов (норадреналина), при синтезе стероидных гормонов (п.106, 112, 114), при активации витамина Д (синтез кальцитриола) для защиты костей (п.114), при синтезе желчных кислот (п.43) для предотвращения ЖКБ.
Кроме синтеза гормонов, гидроксилирование нужно для ДЛЯ ИНАКТИВАЦИИ ряда гормонов, иначе – избыток гормонов, опухоли.
Кроме того, гидроксилирование нужно для обезвреживания ксенобиотиков – п. 118.
При нарушении ПФП все эти синтезы снижаются, что приводит к соответствующим нарушениям.
Ф у н к ц и и продукта пентозного цикла ПФП – Н А Д Ф Н
(то есть восстановленной формы кофермента) в различных местах.
№ Процессы
Антиокислительная система
(защищает от старения …) Восстановительные
с и н т е з ы (п.20) Гидроксилирование
(цитохром Р 450 и др.)

1.
Что это такое п. 27. Защищает ткани от
активных форм кислорода,
старения, повреждений и т.д. Присоединение атомов водорода (восстано-вление) при синтезах Образование гидроксильной
(ОН) группы
2. Ферменты Глутатион/редуктаза и ГПО Редуктазы п.46, 48, 72 Гидроксилазы п.20, 26
3. В разных клетках Защита от повреждений См. далее См. далее
4. В ХРУСТАЛИКЕ Поддержание прозрачности,
а иначе – её потеря
(то есть развитие катаракты)
Не обсуждаем
(далее просто – )
—
5.
В ЭРИТРОЦИТАХ Предотвращение ГЕМОЛИЗА,
а иначе – гемолиз, гипоксия, дефицит АТФ, ацидоз,желтуха
—
—
6. В липопротеинах Защита от атеросклероза — —
4. В жировой ткани — Синтез жирных кислот для жира и
МЕМБРАННЫХ липидов
(в основном в печени) —
5. В молочных железах — —

6.
в П Е Ч Е Н И
Активная
антиокислительная
система Обезвреживание КСЕНОБИОТИКОВ,
синтез холатов,
активация витамина Д, инактивация гормонов
Синтез холестерина
(80% от всего Хс)
для мембран и стероидов
7. В эндокринных
железах:
половых и коре надпоченников
Защита от повреждений активными формами кислорода
— При синтезах стероидных гормонов:
половых и кортико/стероидов
8. В нервной
ткани защита от повреждений и развития нейродегене-ративных заболеваний — При синтезе гормонов счастья из Три и Тир,
Фен ; Тир ; ДОФА
9. В нейтрофилах Защита от повреждений п.121 — —

35. 7. Сравнение окислительного и неокислительного вариантов ПФП.

1. Название варианта ПФП О к и с л и т е л ь н ы й Н Е о к и с л и т е л ь н ы й
2. Участвует ли Н А Д Ф + Да поэтому окислительный Нет (поэтому неокислительный)
3. Участвуют ли Д Г Да Нет (участвуют транскетолазы и трансальдолазы)
4. ПРОДУКТЫ варианта НАДФН и рибозо-5-фосфат Только РИБОзо-5-фосфат для нуклеотидов

5. Тип нуклеиновой кислоты, для синтеза которой это нужно ДНК (п. 72)
(продукт НАДФН используется для
превращения рибозы в дезокси/рибозу) РНК:
РИБОнуклеиновая кислота

6.
Для чего нужны
эта нуклеиновая кислота
и этот вариант ПФП
Для Д Е Л Е Н И Я КЛЕТОК
(пролиферации)

И РЕПАРАЦИИ ДНК – п.79
(для исправления повреждений ДНК,
то есть мутаций) Для синтеза белка – п.82.
во всех клетках, а также:
Для синтеза гистонов перед делением клеток При синтезе белков на
ЭКСПОРТ
(для
секреции) При
процессах

и физиологи-
ческие ситуации,

в которых нужны
эти варианты ПФП
и эти продукты ПФП
в норме Р О С Т, (особенно в эмбриогенезе:
чем младше, тем скорость деления больше 1. Белки ПЛАЗМЫ крови (кроме антител) – из печени.
2. АНТИ-ТЕЛА – из В-лим-фоцитов.
3. Ферменты пищеваре-ния – из слюнных желез и ПЖЖ. например,
увеличе-ние ОБЪЁМА МЫШц

при трени-ровках
и другое

см. также ремоде-лирова-ние ССС

Р Е Г Е Н Е Р А Ц И Я (кроме нейронов?) при:
ране, ожоге, инфаркте, язве, порезе, переломе и т.д.
К Р О В Е Т В О Р Е Н И Е(гематопоэз)
(иначе – анемия с гипоксией, лейкопения т.д.)
Э П И Д Е Р М И С: его восстановление за счет деления базального слоя (иначе – дерматиты)
СЛИЗИСТАЯ оболочка ЖКТ
(иначе – изъязвление ЖКТ, воспаление, боль)
Предшественники ПОЛОВЫХ клеток
(нарушение процесса может привести к бесплодию).
У взрослых людей образование новых половых клеток происходит только у мужчин, так у женщин образование новых яйцеклеток не происходит – только созревают уже имеющиеся).
См. файл «35 таблица ПФП».

Источник