Реакции пентозофосфатного цикла и ферменты их катализирующие

Суммарный процесс:

6 Глюкозо-6-фосфат + 12 НАДФ → 5 Глюкозо-6-фос-фат+6 CO₂ + 12 НАДФН +12H⁺ + H₃PO₄

Первая (окислит.) стадия пентозофосфатного цикла (реакции 1-3, см. схему) осуществляется с образованием НАДФН (осуществляет восстановление субстратов в организме) и рибулозо-5-фосфата, который затем превращается в рибозо-5-фосфат (все сахара находятся в D-форме), входящий в состав молекул ряда важнейших природных соединений (нуклеиновых кислот, нуклеотидов и др.).

На неокислительной стадии пентозофосфатного цикла (остальные реакции) в результате взаимопревращения сахаров образуются промежуточные продукты гликолиза (фруктозо-6-фосфат, глицеральдегид-3-фосфат) и таким образом осуществляется обратимая связь пентозофосфатного цикла с гликолитическим путем метаболизма глюкозы.

В отличие от др. основных путей метаболизма углеводов (гликолиза, цикла трикарбоновых кислот) функционирование пентозофосфатного нельзя представить в виде линейной последовательности реакций, приводящей непосредственно от 1 молекулы глюкозо-6-фосфата к 6 молекулам CO₂. Пентозофосфатный цикл характеризуется возможностью многообразных взаимопревращений его метаболитов, происходящих по нескольким альтернативным путям.

Важная особенность пентозофосфатного цикла (в сравнении с др. путями метаболизма углеводов) – его гибкость.

Если потребность в рибозо-5-фосфате значительно превышает потребность в НАДФН, то большая часть глюкозо-6-фосфата по гликолитическому пути превращается в глицеральдегид-3-фосфат, 1 молекула которого, вступая в реакции с 2 молекулами фруктозо-6-фосфата, превращается в 3 молекулы рибозо-5-фосфата (обращение реакций 6-8).

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

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

Если потребность в НАДФН значительно превышает потребность в рибозо-5-фос-фате, происходит полное окисление глюкозо-6-фосфата до CO₂, включающее окислит, стадию пентозофосфатного цикла и ресинтез глюкозо-6-фос-фата из фруктозо-6-фосфата по пути глюконеогенеза (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 превращается не в глюкозо-6-фосфат, а в пировиноградную кислоту (пируват) в результате гликолиза фруктозо-6-фосфата и глице-ральдегид-3-фосфата, образующихся в реакциях 6-8. При этом образуются НАДФН, НАДН 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 превращаться в цикле трикарбоновых кислот (при этом образуется АТФ) в др. реакциях в обмене веществ.

Регуляция направленности реакций в пентозофосфатном цикле 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.

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