Апотомический путь распада глюкозы (пентозофосфатный путь)

Основными путями распада углеводов являются гликолиз и ЦТК, но наряду с ними существуют и другие пути метаболизма углеводов. Один из них – распад глюкозо-6-фосфата до СО₂ и пентоз (отсюда второе название пути - пентозофосфатный).

При апотомическом распаде глюкозо-6-фосфата не происхо­дит его фосфорилирования и превращения во фруктозодифосфат с последующим расщеплением на две фосфотриозы. В этом случае глюкозо-6-фосфат подвергается прямому окислению с отщепле­нием СО₂ и образованием пентозофосфата. Сна­чала глюкозо-6-фосфат при участии НАДФ-зависимой дегидрогеназы окисляется до 6-фосфоглюконолактона, который затем пре­вращается в 6-фосфоглюконовую кислоту (рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 - Реакции апотомического (пентозофосфатного) пути

Окисления углеводов

6-Фосфоглюконовая кислота под влиянием НАДФ-зависимой дегидрогеназы подвергается дегидрированию, а затем декарбоксилированию с образованием рибулозо-5-фосфата и одной мо­лекулы СО₂.

Дальнейший обмен рибулозо-5-фосфата протекает весьма сложно. Многократно изомеризуясь, в частности переходя в рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат, а также вступая в транскетолазные и трансальдолазные реакции, сущность которых состоит в переносе двух- и трехуглеродных фрагментов от одного фосфор­ного эфира к другому, рибулозо-5-фосфат снова превращается в глюкозо-6-фосфат. Подсчитано, что из шести молекул рибулозо-5-фосфата образуются 5 молекул глюкозо-6-фосфата, т.е. суммар­ный эффект всех реакций при апотомическом распаде глюкозо-6-фосфата сводится к тому, что из каждых шести его молекул одна полностью разрушается (рисунок 4.10).

Весь ход апотомического распада глюкозо-6-фосфата можно представить в виде следующего суммарного уравнения:

6 глюкозо-6-фосфат + 12НАДФ⁺ + 7Н₂О ¾¾®

¾¾® 6СО₂ + Н₃РО₄ + 12НАДФН^.Н⁺ + 5 глюкозо-6-фосфат

Окисление 12 молекул НАДФН^.Н⁺ в цепи дыхательных фер­ментов приводит к образованию 36 молекул АТФ.

АНАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ

Простые углеводы возникают, главным образом, при первич­ном биосинтезе органического вещества, осуществляемом расте­ниями, а также фотосинтезирующими и хемосинтезирующими бак­териями (автотрофные организмы) путем восстановления угле­кислого газа атмосферы с одновременным формированием орга­нических молекул, содержащих цепи углеродных атомов.

Гетеро­трофные организмы, использующие для построения своего тела уже готовые органические вещества, поскольку способно­стью к первичному биосинтезу они не обладают, однако могут образовы­вать их за счет перестройки органических соединений потребляемой пищи.

Одновременно с фотосинтетическим фосфорилированием осуществляет­ся и другая важнейшая для первичного биосинтеза органических веществ реакция — высвобождение в результате фотолиза воды атомов водорода, необходимых для восстановления СО₂, проме­жуточным акцептором которых является НАДФ⁺:

hv

НАДФ⁺ + Н₂О ¾¾¾® НАДФН^.Н⁺ + ¹/₂О₂.

Темновые реакции фотосинтетического восстановления СО₂ осуще­ствляются после его связывания в результате карбоксилирования рибулозо-1,5-дифосфата, который образуется путем фосфорилирования рибулозо-5-фосфата — продукта апотомического рас­пада глюкозы, всегда присутствующего в клетке. Именно на этом этапе расходуется АТФ, необходимая для первичного биосинтеза углеводов.

Рибулозо-1,5-дифосфат сначала изомеризуется в енольную фор­му, которая затем присоединяет углекислый газ. Возникший про­межуточный продукт расщепляется на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (рисунок 4.11).

На следующем этапе 3-фосфоглицериновая кислота восстанавливается в 3-фосфоглицериновый альдегид, легко переходящий в диоксиацетонфосфат. При воздействии альдолазы из фосфотриоз синтезируется фруктозо-1,6-дифосфат, переходящий во фруктозо-6-фосфат путем гидролиза под действием фруктозо-1,6-дифосфатазы. Фруктозо-6-фосфат легко превращается в фосфорные эфиры других моносахаридов, что в итоге обеспечивает синтез всего набора природных моносахаридов, а из них — дисахаридов и полисахаридов.

У гетеротрофов исходными веществами для синтеза простых углеводов

3-фосфоглицериновая кислота

фруктозо-1,6-дифосфат

диоксиацетонфосфат

3-фосфоглицеральдегид

3-фосфоглицериновая кислота

промежуточное соединение (не устойчивое)

рибулозо-5-фосфат

енольная форма рибулозо-1,5-дифосфата

рибулозо-1,5-дифосфат

Рисунок 4.11 - Темновые реакции фотосинтеза

могут служить продукты распада липидов, белков и других органических соединений. Центральным звеном в переходе этих соединений в простые углеводы является образование пировиноградной кислоты.

Переход от пировиноградной кислоты к углеводам осуществ­ляется путем обращения процесса дихотомического распада угле­водов (глюконеогенез).

Биосинтез олигосахаридов осуществляется путем реакций транс-гликозилирования, причем перенос гликозильного остатка на данный моносахарид идет от фосфорного эфира другого моноса­харида и ускоряется специфической гликозилтрансферазой.

Активным донором гликозильных остатков в реакциях транс-гликозилирования является уридиндифосфатглюкоза (УДФ-глюкоза) и построенные аналогично другие нуклеозиддифосфатсахара

Синтез полисахаридов (глюканов) также осуществляется пу­тем трансгликозилирования гликозильных остатков на невосстанавливающий конец растущей цепи полисахарида от субстратов: фосфорных эфиров моносахаридов, уридиндифосфатсахаров и олигосахаридов.

Реакции переноса остатков моносахаридов в процессе био­синтеза полисахаридов ускоряются соответствующими гликозилтрансферазами. Такие реакции могут многократно повторять­ся, что обеспечивает ступенчатый синтез молекул полисахаридов.

ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Многие аспекты обмена нуклеиновых кислот имеют непосред­ственное отношение к важнейшим проблемам биологии: расшиф­ровке молекулярных механизмов, определяющих синтез различ­ных макромолекулярных структур, изучению законов наследствен­ности, передаче биохимической специфичности от родителей к потомству, механизму клеточной дифференцировки и т.д.