пентозофосфатный цикл

ПЕНТОЗОФОСФАТНЫЙ ЦИКЛ (пентозный путь, гексо-зомонофосфатный шунт, фосфоглюконатный путь)

совокупность обратимых ферментативных реакций, в результате которых происходит окисление глюкозы до CO₂ с образованием восстановленного никотинамидадениндинуклеотид-фосфата (НАДФН) и H ⁺ , а также синтез фосфорилир. Сахаров, содержащих от 3 до 7 атомов С.

П. ц. осуществляется в цитозоле (жидкой фазе) клеток животных, растений (особенно в темноте) и микроорганизмов. У растений часть реакций П. ц. участвует также в образовании гексоз при фотосинтезе.

^{РЕАКЦИИ ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ЦИКЛА И ФЕРМЕНТЫ ИХ КАТАЛИЗИРУЮЩИЕ}

таблица в процессе добавления

Первая (окислит.) стадия П. ц. (реакции 1–3, см. схему) осуществляется с образованием НАДФН (осуществляет восстановление субстратов в организме) и рибулозо-5-фосфата, который затем превращ. в рибозо-5-фосфат (все сахара находятся в D-форме), входящий в состав молекул ряда важнейших прир. соед. (нуклеиновых кислот, нуклеотидов и др.). На неокислит. стадии П. ц. (остальные реакции) в результате взаимопревращения Сахаров образуются промежут. продукты гликолиза (фруктозо-6-фосфат, глицеральдегид-3-фосфат) и таким образом осуществляется обратимая связь П. ц. с гликолитич. путем метаболизма глюкозы.

В отличие от др. осн. путей метаболизма углеводов (гликолиза, трикарбоновых кислот цикла) функционирование П. ц. нельзя представить в виде линейной последовательности реакций, приводящей непосредственно от 1 молекулы глюкозо-6-фосфата к 6 молекулам CO₂. П. ц. характеризуется возможностью многообразных взаимопревращений его метаболитов, происходящих по неск. альтернативным путям. Реакции отдельных стадий П. ц. (их стехиометрия) и суммарная реакция цикла приведены в таблице.

Важная особенность П. ц. (в сравнении с др. путями метаболизма углеводов)-его гибкость. Если потребность в рибозо-5-фосфате значительно превышает потребность в НАДФН, то б.ч. глюкозо-6-фосфата по гликолитич. пути превращ. в глицеральдегид-3-фосфат, 1 молекула которого, вступая в реакции с 2 молекулами фруктозо-6-фосфата, превращ. в 3 молекулы рибозо-5-фосфата (обращение реакций 6–8).

В случаях, когда потребность в НАДФН и рибозо-5-фосфате сбалансирована, преобладающими становятся реакции окислит. стадии П. ц. и реакция 4. Суммарное уравнение такого процесса:

Глюкозо-6-фосфат + 2 НАДФ + H₂O → ри-бозо-5-фосфат + 2 НАДФН + 2 H⁺ + CO₂

Если потребность в НАДФН значительно превышает потребность в рибозо-5-фосфате, происходит полное окисление глю-козо-6-фосфата до CO₂, включающее окислит. стадию П. ц. и ресинтез глюкозо-6-фосфата из фруктозо-6-фосфата по пути глю-конеогенеза (реакции 1–4, 6, 10–12). В этом случае суммарное уравнение реакции:

Глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ + 7 H₂O → 6CO₂ + 12 НАДФН + 12 H⁺ + H₃PO₄

В условиях, когда потребность в НАДФН значительно превышает потребность в рибозо-5-фосфате, возможна реализация др. механизма, в соответствии с которым образующийся рибозо-5-фосфат превращ. не в глюкозо-6-фосфат, а в пиро-виноградную кислоту (пируват) в результате гликолиза фруктозо-6-фосфата и глице-ральдегид-3-фосфата, образующихся в реакциях 6–8. При этом образуются НАДФН, НАДН (восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида) и АТФ по суммарному уравнению:

3 глюкозо-6-фосфат + 6 НАДФ + 5 НАД + 5 H₃PO₄ + 8 АДФ → 5 пируват + 3 CO₂ + НАДФН + 5 НАДН + 8 АТФ + 2 H₂O + 8H ⁺

HАД — окисленная форма НАДН, АДФ-аденозиндифосфат Образующаяся пировиноградная кислота может далее претерпевать превращ. в цикле трикарбоновых кислот (при этом образуется АТФ) в др. реакциях в обмене веществ.

Регуляция направленности реакций в П. ц. осуществляется гл. обр. ферментами, участвующими в этом цикле: избыток того или иного субстрата подавляет активность фермента, катализирующего его синтез, или активирует фермент, катализирующий его трансформацию в др. соединение.

Относит. количества глюкозы, превращающиеся через П. ц., неодинаковы в разных тканях. В мышцах скорость П. ц. очень низка, а в печени не менее 30% CO₂ образуется при окислении глюкозы в П. ц. В др. тканях, где активно проходит биосинтез жирных кислот и стероидов (семенниках, жировой ткани, лейкоцитах, коре надпочечников, молочной железе), доля П. ц. в окислит. метаболизме глюкозы также очень значительна.

Интенсивность П. ц. зависит от функцион. состояния ткани и от гормонального статуса (напр., в печени резко снижается при голодании из-за инактивации дегидрогеназ П. ц. и восстанавливается вскоре после кормления). Скорость П. ц. регулируется в первую очередь концентрацией НАДФН. Обе дегидрогеназы П. ц. (реакции 1 и 3) чувствительны к изменению величины отношения НАДФ/НАДФН: при его величине 0,02 активность дегидрогеназ в печени максимальна, а при величине 0,01 снижается на 90%. Интенсивный П. ц. происходит в эритроцитах, что связано с необходимостью НАДФН-зависимого восстановления глутатиона кофактора глутатионредуктазы эритроцитов.

Нарушения функционирования некоторых ферментов П. ц. приводят к развитию тяжелых заболеваний человека. Недостаточность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы в эритроцитах служит причиной лек. гемолитич. анемии, а снижение активности транскетолазы в результате нарушения ее способности связывать тиамин приводит к развитию нервно-психич. расстройства синдрома Вернике Корсакова.

Открытие О. Варбугом в 1931 фермента глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, катализирующего первую реакцию П. ц., сделало возможным его полную расшифровку, которую осуществили Ф. Дикенс, Ф. Липман, Э. Рэкер и Б. Хорекер.

^{Лит.: Основы биохимии, пер. с англ., т. 2. M.. 1981.c 599 608; Страйер Л.. Биохимия, пер с анг.1 .т 2. M , 1985, с 95 105: Reflections on biochemistry, Oxf., 1976.}

_{Н. В. Гуляева}