Биологическая роль пентозофосфатного пути распада углеводов

АВТОНОМНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ПУТИ РАСПАДА УГЛЕВОДОВ

В отличие от большинства метаболических путей в пентозофосфатном цикле нет ключевого фермента. Его две функции – лимитирующая и регуляторная здесь разделены между двумя дегидрогеназами окислительного этапа: 6-фосфоглюконатдегидрогеназой и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой.

Лимитирующим звеном пентозофосфатного пути является реакция окисления 6-фосфоглюконовой кислоты, катализируемая 6-фосфоглюконат-дегидрогеназой. V_max этого фермента меньше, чем V_max любого другого фермента пентозофосфатного пути. Поэтому именно он в обычных условиях определяет скорость протекания пентозофосфатного пути в целом, и является лимитирующим ферментом. Но ключевым ферментом 6-фосфоглюконатдегидрогеназу назвать нельзя, поскольку ее активность не может регулироваться.

Регуляторный фермент пентозофосфатного пути - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. Его V_max больше, чем у 6-фосфоглюконатдегидрогеназы, поэтому в обычных условиях он не является лимитирующим. Но 6-фосфоглюконатдегидрогеназа сильно ингибируется избытком АТФ и своего продукта - НАДФН₂. Поэтому при избытке этих веществ его V_max становится меньше, чем V_max 6-фосфоглюконатдегидрогеназы, и лимитирующая роль переходит к глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе.

Но автономная регуляция пентозофосфатного пути не является достаточно эффективной. Главный механизм заключается в регуляции процесса на генетическом уровне, то есть на уровне биосинтеза ферментов. Регуляция на генетическом уровне идет медленно, требуется время для проявления эффекта этого типа регуляции.

Биологическая роль процесса связана с теми важными продуктами, которые образуются в ходе его реакций.

1. Образование НАДФН₂. Не используется для получения энергии в дыхательных цепях, а необходим, как источник водорода, для синтеза различных веществ и для защиты клеточных структур от действия сильных окислителей.

В зависимости от потребностей в НАДФН₂ скорость протекания реакций пентозофосфатного пути в разных типах клеток сильно варьирует. Наиболее интенсивно пентозофосфатный путь протекает в печени, эритроцитах, надпочечниках, половых железах, жировой ткани и молочной железе. Но даже в этих тканях в пентозофосфатном пути расщепляется не более 25-30% глюкозы, поступающей в клетку.

Почему в перечисленных тканях пентозофосфатный путь имеет такое значение?

Потому что клеткам этих тканей нужно много НАДФН₂.

Например: В жировой ткани с большой скоростью идет синтез жиров. В печени - синтез жиров, холестерина. В коре надпочечников и в половых клетках синтезируются стероидные гормоны. Для этого нужно много НАДФН₂.

Зачем нужен пентозофосфатный путь в эритроцитах? Здесь тоже требуется НАДФН₂, но не для синтетических процессов, а для защиты железа гемоглобина, а также некоторых ферментов от окисления. В эритроцитах многие ферменты имеют в активных центрах SH-группы, которые могут окисляться под действием кислорода. Накопленный при распаде глюкозы в пентозофосфатном пути НАДФН₂ позволяет регенерировать эти SH-группы.

2. Образование пентозофосфатов. Используются в качестве строительного материала для синтеза мононуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот и нуклеотидсодержащих коферментов и простетических групп ферментов: НАД, ФМН, ФАД.

3. Образование СО₂ – конечного продукта метаболизма, без участия кислорода.

4. Образование фосфотриоз. Промежуточные продукты неокислительного этапа – фосфотриозы (С₃) - фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон, в условиях дефицита энергии, могут вступать в аэробный распад на уровне его I-го этапа. Это – точка сопряжения между пентозофосфатным и аэробным путями распада углеводов в клетке.

Дата добавления: 2015-07-13