Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε μια από τις παραλλαγές της οξείδωσης της γλυκόζης - το μονοπάτι της φωσφορικής πεντόζης. Θα αναλυθούν και θα περιγραφούν παραλλαγές της πορείας αυτού του φαινομένου, μέθοδοι εφαρμογής του, η ανάγκη για ένζυμα, η βιολογική σημασία και το ιστορικό ανακάλυψης.
Εισαγωγή του φαινομένου
Η οδός της φωσφορικής πεντόζης είναι ένας από τους τρόπους με τους οποίους οξειδώνεται το C6H12O6 (γλυκόζη). Αποτελείται από ένα οξειδωτικό και μη οξειδωτικό στάδιο.
Γενική εξίσωση διαδικασίας:
3γλυκόζη-6-φωσφορική+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2φρουκτόζη-6-φωσφορική+γλυκεραλδεΰδη-3-φωσφορική.
Αφού περάσει από την οδό της οξειδωτικής φωσφορικής πεντόζης, το μόριο 3-φωσφορικής υκεραλδεΰδης μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό και σχηματίζει 2 μόρια τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης.
Τα ζώα και τα φυτά μεταξύ των υπομονάδων τους έχουν ευρεία κατανομή αυτού του φαινομένου, αλλά οι μικροοργανισμοί το χρησιμοποιούν μόνο ως βοηθητική διαδικασία. Όλα τα ένζυμα της οδού βρίσκονται στο κυτταρικό κυτταρόπλασμα σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς. Επιπλέον, τα θηλαστικά περιέχουν αυτές τις ουσίεςεπίσης σε EPS, και φυτά σε πλαστίδια, συγκεκριμένα σε χλωροπλάστες.
Η οδός της οξείδωσης της γλυκόζης της φωσφορικής πεντόζης είναι παρόμοια με τη διαδικασία της γλυκόλυσης και έχει μια εξαιρετικά μακρά εξελικτική διαδρομή. Πιθανώς, στο υδάτινο περιβάλλον του Αρχαίου, πριν από την εμφάνιση της ζωής με τη σύγχρονη έννοια, συνέβησαν αντιδράσεις που ήταν ακριβώς φωσφορικής πεντόζης, αλλά ο καταλύτης για έναν τέτοιο κύκλο δεν ήταν ένα ένζυμο, αλλά ιόντα μετάλλων.
Τύποι υπαρχουσών αντιδράσεων
Όπως σημειώθηκε νωρίτερα, η οδός της φωσφορικής πεντόζης διακρίνει δύο στάδια ή κύκλους: οξειδωτικό και μη οξειδωτικό. Ως αποτέλεσμα, στο οξειδωτικό μέρος της οδού, το C6H12O6 οξειδώνεται από 6-φωσφορική γλυκόζη σε ριβουλόζη-5-φωσφορική, και τελικά το NADPH μειώνεται. Η ουσία του μη οξειδωτικού σταδίου είναι να βοηθήσετε στη σύνθεση της πεντόζης και να συμπεριλάβετε τον εαυτό σας στην αναστρέψιμη αντίδραση μεταφοράς 2-3 «κομματιών» άνθρακα. Περαιτέρω, η μεταφορά των πεντόζης στην κατάσταση των εξόζης μπορεί να συμβεί ξανά, η οποία προκαλείται από την περίσσεια της ίδιας της πεντόζης. Οι καταλύτες που εμπλέκονται σε αυτό το μονοπάτι χωρίζονται σε 3 ενζυματικά συστήματα:
- σύστημα αφυδρο-αποκαρβοξυλίωσης;
- σύστημα τύπου ισομερισμού;
- ένα σύστημα σχεδιασμένο για να αναδιαμορφώνει τα σάκχαρα.
Αντιδράσεις με και χωρίς οξείδωση
Το οξειδωτικό τμήμα της διαδρομής αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη εξίσωση:
Glucose6phosphate+2NADP++H2Oàribulose5phosphate+2 (NADPH+H+)+CO2.
ΒΣτο μη οξειδωτικό στάδιο, υπάρχουν δύο καταλύτες με τη μορφή τρανσαλδολάσης και τρανσκετολάσης. Επιταχύνουν το σπάσιμο του δεσμού C-C και τη μεταφορά των θραυσμάτων άνθρακα της αλυσίδας που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα αυτής της ρήξης. Η τρανσκετολάση εκμεταλλεύεται το συνένζυμο πυροφωσφορική θειαμίνη (TPP), το οποίο είναι ένας εστέρας βιταμινών (B1) του τύπου διφωσφόρου.
Γενική μορφή της εξίσωσης σταδίου στη μη οξειδωτική έκδοση:
3 ριβουλόζη5φωσφορικήà1 ριβόζη5φωσφορική+2 ξυλουλόζη5φωσφορικήà2 φρουκτόζη6φωσφορική+γλυκεραλδεΰδη3φωσφορική.
Η οξειδωτική διακύμανση της οδού μπορεί να παρατηρηθεί όταν το NADPH χρησιμοποιείται από το κύτταρο, ή με άλλα λόγια, όταν μεταβαίνει στην τυπική θέση στη μη ανηγμένη του μορφή.
Η χρήση της αντίδρασης γλυκόλυσης ή της περιγραφόμενης οδού εξαρτάται από την ποσότητα της συγκέντρωσης NADP+ στο πάχος του κυτταρολύματος.
Κύκλος διαδρομής
Συνοψίζοντας τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση της γενικής εξίσωσης της οδού μη οξειδωτικής παραλλαγής, βλέπουμε ότι οι πεντόζες μπορούν να επιστρέψουν από τις εξόζες σε μονοσακχαρίτες γλυκόζης χρησιμοποιώντας την οδό φωσφορικής πεντόζης. Η επακόλουθη μετατροπή της πεντόζης σε εξόζη είναι η κυκλική διεργασία φωσφορικής πεντόζης. Η υπό εξέταση διαδρομή και όλες οι διεργασίες της συγκεντρώνονται, κατά κανόνα, στους λιπώδεις ιστούς και στο ήπαρ. Η συνολική εξίσωση μπορεί να περιγραφεί ως:
6 6-φωσφορική γλυκόζη+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 γλυκόζη-6-φωσφορική+6 CO2.
Μη οξειδωτικός τύπος οδού φωσφορικής πεντόζης
Το μη οξειδωτικό βήμα της οδού της φωσφορικής πεντόζης μπορεί να αναδιατάξει τη γλυκόζη χωρίςαπομάκρυνση του CO2, η οποία είναι δυνατή λόγω του ενζυματικού συστήματος (αναδιατάσσει τα σάκχαρα και τα γλυκολυτικά ένζυμα που μετατρέπουν τη γλυκόζη-6-φωσφορική σε γλυκεραλδεΰδη-3-φωσφορική).
Κατά τη μελέτη του μεταβολισμού των ζυμομυκήτων που σχηματίζουν λιπίδια (που στερούνται φωσφοφρουκτοκινάσης, η οποία τους εμποδίζει να οξειδώσουν τους μονοσακχαρίτες C6H12O6 χρησιμοποιώντας γλυκόλυση), αποδείχθηκε ότι η γλυκόζη σε ποσότητα 20% υφίσταται οξείδωση χρησιμοποιώντας την οδό πεντόζης και phos Το υπόλοιπο 80% υφίσταται αναδιαμόρφωση στο μη οξειδωτικό στάδιο της διαδρομής. Προς το παρόν, η απάντηση στο ερώτημα πώς ακριβώς σχηματίζεται μια ένωση 3 άνθρακα, η οποία μπορεί να δημιουργηθεί μόνο κατά τη γλυκόλυση, παραμένει άγνωστη.
Λειτουργία για ζωντανούς οργανισμούς
Η τιμή της οδού της φωσφορικής πεντόζης σε ζώα και φυτά, καθώς και σε μικροοργανισμούς είναι σχεδόν η ίδια Όλα τα κύτταρα εκτελούν αυτή τη διαδικασία για να σχηματίσουν μια μειωμένη έκδοση του NADPH, η οποία θα χρησιμοποιηθεί ως δότης υδρογόνου σε αντίδραση τύπου αναγωγής και υδροξυλίωση. Μια άλλη λειτουργία είναι να παρέχει στα κύτταρα 5-φωσφορική ριβόζη. Παρά το γεγονός ότι το NADPH μπορεί να σχηματιστεί ως αποτέλεσμα της οξείδωσης του μηλικού με τη δημιουργία πυροσταφυλικού και CO2, και στην περίπτωση αφυδρογόνωσης του ισοσιτρικού, η παραγωγή αναγωγικών ισοδυνάμων συμβαίνει λόγω της διαδικασίας φωσφορικής πεντόζης. Ένα άλλο ενδιάμεσο αυτής της οδού είναι η ερυθρόζη-4-φωσφορική, η οποία, υφίσταται συμπύκνωση με φωσφοενολοπυρουβικά, ξεκινά το σχηματισμό τρυπτοφάνων, φαινυλαλανινών και τυροσινών.
ΛειτουργίαΗ οδός της φωσφορικής πεντόζης παρατηρείται σε ζώα στα όργανα του ήπατος, στους μαστικούς αδένες κατά τη γαλουχία, στους όρχεις, στον φλοιό των επινεφριδίων, καθώς και στα ερυθροκύτταρα και τους λιπώδεις ιστούς. Αυτό οφείλεται στην παρουσία ενεργών αντιδράσεων υδροξυλίωσης και αναγέννησης, για παράδειγμα, κατά τη σύνθεση λιπαρών οξέων, παρατηρείται επίσης κατά την καταστροφή των ξενοβιοτικών στους ιστούς του ήπατος και της μορφής ενεργού οξυγόνου στα ερυθροκύτταρα και σε άλλους ιστούς. Διεργασίες όπως αυτές δημιουργούν υψηλή ζήτηση για μια ποικιλία ισοδυνάμων, συμπεριλαμβανομένου του NADPH.
Ας εξετάσουμε το παράδειγμα των ερυθροκυττάρων. Σε αυτά τα μόρια, η γλουταθειόνη (τριπεπτίδιο) είναι υπεύθυνη για την εξουδετέρωση της μορφής ενεργού οξυγόνου. Αυτή η ένωση, υπό οξείδωση, μετατρέπει το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε H2O, αλλά η αντίστροφη μετάβαση από τη γλουταθειόνη στη μειωμένη διακύμανση είναι δυνατή παρουσία NADPH+H+. Εάν το κύτταρο έχει ελάττωμα στην αφυδρογονάση της γλυκόζης-6-φωσφορικής, τότε μπορεί να παρατηρηθεί συσσώρευση προαγωγών αιμοσφαιρίνης, με αποτέλεσμα το ερυθροκύτταρο να χάσει την πλαστικότητά του. Η κανονική τους λειτουργία είναι δυνατή μόνο με την πλήρη λειτουργία της οδού της φωσφορικής πεντόζης.
Η αντίστροφη οδός φωσφορικής πεντόζης του φυτού παρέχει τη βάση για τη σκοτεινή φάση της φωτοσύνθεσης. Επιπλέον, ορισμένες ομάδες φυτών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από αυτό το φαινόμενο, το οποίο μπορεί να προκαλέσει, για παράδειγμα, την ταχεία αλληλομετατροπή των σακχάρων κ.λπ.
Ο ρόλος της οδού της φωσφορικής πεντόζης για τα βακτήρια έγκειται στις αντιδράσεις του μεταβολισμού του γλυκονικού. Τα κυανοβακτήρια χρησιμοποιούν αυτή τη διαδικασία λόγω τουέλλειψη πλήρους κύκλου του Krebs. Άλλα βακτήρια εκμεταλλεύονται αυτό το φαινόμενο για να εκθέσουν διάφορα σάκχαρα σε οξείδωση.
Διαδικασίες ρύθμισης
Η ρύθμιση της οδού της φωσφορικής πεντόζης εξαρτάται από την παρουσία της ζήτησης για 6-φωσφορική γλυκόζη από το κύτταρο και το επίπεδο συγκέντρωσης του NADP+ στο υγρό του κυτοσόλη. Αυτοί οι δύο παράγοντες είναι που θα καθορίσουν εάν το προαναφερθέν μόριο θα εισέλθει σε αντιδράσεις γλυκόλυσης ή στο μονοπάτι τύπου φωσφορικής πεντόζης. Η απουσία δεκτών ηλεκτρονίων δεν θα επιτρέψει να προχωρήσουν τα πρώτα βήματα της διαδρομής. Με την ταχεία μεταφορά του NADPH στο NADPH+, το επίπεδο συγκέντρωσης του τελευταίου αυξάνεται. Η αφυδρογονάση της φωσφορικής γλυκόζης 6 διεγείρεται αλλοστερικά και κατά συνέπεια αυξάνει την ποσότητα της ροής φωσφορικής γλυκόζης 6 μέσω της οδού τύπου φωσφορικής πεντόζης. Η επιβράδυνση της κατανάλωσης NADPH οδηγεί σε μείωση του επιπέδου του NADP+ και απορρίπτεται η 6-φωσφορική γλυκόζη.
Ιστορικά δεδομένα
Η οδός της φωσφορικής πεντόζης ξεκίνησε την ερευνητική της πορεία λόγω του γεγονότος ότι δόθηκε προσοχή στην έλλειψη αλλαγής στην κατανάλωση γλυκόζης από τους γενικούς αναστολείς της γλυκόλυσης. Σχεδόν ταυτόχρονα με αυτό το γεγονός, ο O. Warburg έκανε την ανακάλυψη του NADPH και άρχισε να περιγράφει την οξείδωση των 6-φωσφορικών γλυκόζης σε 6-φωσφογλυκονικά οξέα. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι το C6H12O6, που σημειώθηκε με τα ισότοπα 14C (σημασμένο σύμφωνα με το C-1), μετατράπηκε σε 14CO2 σχετικά πιο γρήγορα από αυτό είναι το ίδιο μόριο, αλλά με την ένδειξη C-6. Αυτό είναι που έδειξε τη σημασία της διαδικασίας χρήσης της γλυκόζης κατά τη διάρκειαβοήθεια εναλλακτικών διαδρομών. Τα στοιχεία αυτά δημοσίευσε το Ι. Κ. Gansalus το 1995.
Συμπέρασμα
Και έτσι, βλέπουμε ότι η υπό εξέταση οδός χρησιμοποιείται από τα κύτταρα ως εναλλακτικός τρόπος οξείδωσης της γλυκόζης και χωρίζεται σε δύο επιλογές στις οποίες μπορεί να προχωρήσει. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται σε όλες τις μορφές πολυκύτταρων οργανισμών ακόμα και σε πολλούς μικροοργανισμούς. Η επιλογή των μεθόδων οξείδωσης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, την παρουσία ορισμένων ουσιών στο κύτταρο τη στιγμή της αντίδρασης.
