U ovom članku ćemo razmotriti jednu od varijanti oksidacije glukoze - pentozofosfatni put. Biće analizirane i opisane varijante toka ovog fenomena, metode za njegovu implementaciju, potreba za enzimima, biološki značaj i istorija otkrića.
Uvođenje fenomena
Pentoza fosfatni put je jedan od načina na koji se C6H12O6 (glukoza) oksidira. Sastoji se od faze oksidacije i neoksidacije.
Opća jednačina procesa:
3glukoza-6-fosfat+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2fruktoza-6-fosfat+gliceraldehid-3-fosfat.
Nakon prolaska kroz oksidativni put pentoza fosfata, molekula hiceraldehid-3-fosfata se pretvara u piruvat i formira 2 molekula adenozin trifosforne kiseline.
Životinje i biljke među svojim podjedinicama imaju široku rasprostranjenost ovog fenomena, ali ga mikroorganizmi koriste samo kao pomoćni proces. Svi enzimi ovog puta nalaze se u ćelijskoj citoplazmi u životinjskim i biljnim organizmima. Osim toga, sisari sadrže ove tvaritakođer u EPS, i biljke u plastidima, posebno u hloroplastima.
Pentoza-fosfatni put oksidacije glukoze sličan je procesu glikolize i ima izuzetno dug evolucijski put. Vjerovatno su se u vodenoj sredini Arhejaca, prije pojave života u njegovom modernom smislu, dešavale reakcije koje su bile upravo pentozofosfatne prirode, ali katalizator takvog ciklusa nije bio enzim, već ioni metala.
Vrste postojećih reakcija
Kao što je ranije navedeno, put pentozofosfata razlikuje dva stupnja, ili ciklusa: oksidativni i neoksidativni. Kao rezultat toga, na oksidativnom dijelu puta, C6H12O6 se oksidira iz glukoza-6-fosfata u ribuloza-5-fosfat, a na kraju se reducira NADPH. Suština neoksidativnog stupnja je pomoći u sintezi pentoze i uključiti sebe u reverzibilnu reakciju prijenosa 2-3 "komadića" ugljika. Nadalje, ponovo može doći do prijelaza pentoza u stanje heksoza, što je uzrokovano viškom same pentoze. Katalizatori uključeni u ovaj put podijeljeni su u 3 enzimska sistema:
- dehidro-dekarboksilacijski sistem;
- sistem izomerizirajućeg tipa;
- sistem dizajniran za rekonfiguraciju šećera.
Reakcije sa i bez oksidacije
Oksidativni dio puta predstavljen je sljedećom jednačinom:
Glukoza6fosfat+2NADP++H2Oàribuloza5fosfat+2 (NADPH+H+)+CO2.
BU neoksidativnom koraku postoje dva katalizatora u obliku transaldolaze i transketolaze. Oni ubrzavaju kidanje C-C veze i prijenos ugljičnih fragmenata lanca koji nastaju kao rezultat tog prekida. Transketolaza koristi koenzim tiamin pirofosfat (TPP), koji je vitaminski ester (B1) tipa difosfora.
Opšti oblik etapne jednadžbe u neoksidativnoj verziji:
3 ribuloza5fosfatà1 riboza5fosfat+2 ksiluloza5fosfatà2 fruktoza6fosfat+gliceraldehid3fosfat.
Oksidativna varijacija puta se može uočiti kada NADPH koristi ćelija, ili drugim riječima, kada ide u standardnu poziciju u svom nereduciranom obliku.
Upotreba reakcije glikolize ili opisanog puta zavisi od količine koncentracije NADP+ u debljini citosola.
ciklus puta
Sumirajući rezultate dobijene analizom opće jednadžbe neoksidativnog varijantnog puta, vidimo da se pentoze mogu vratiti iz heksoza u glukozne monosaharide koristeći pentozofosfatni put. Naknadna konverzija pentoze u heksozu je pentoza fosfatni ciklički proces. Put koji se razmatra i svi njegovi procesi koncentrirani su, po pravilu, u masnom tkivu i jetri. Ukupna jednačina se može opisati kao:
6 glukoza-6-fosfat+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 glukoza-6-fosfat+6 CO2.
Neoksidativni tip pentozofosfatnog puta
Neoksidativni korak pentozofosfatnog puta može preurediti glukozu bezuklanjanje CO2, što je moguće zahvaljujući enzimskom sistemu (preuređuje šećere i glikolitičke enzime koji pretvaraju glukoza-6-fosfat u gliceraldehid-3-fosfat).
Proučavanjem metabolizma kvasaca koji stvaraju lipide (kojima nedostaje fosfofruktokinaza, koja ih sprečava da glikolizom oksidiraju monosaharide C6H12O6), pokazalo se da glukoza u količini od 20% prolazi kroz oksidaciju, a putem pentosefatnog puta preostalih 80% prolazi kroz rekonfiguraciju u neoksidativnoj fazi puta. Trenutno, odgovor na pitanje kako se tačno formira jedinjenje sa 3 ugljenika, koje se može stvoriti samo tokom glikolize, ostaje nepoznato.
Funkcija za žive organizme
Vrijednost pentozofosfatnog puta kod životinja i biljaka, kao i mikroorganizama je gotovo ista. Sve ćelije izvode ovaj proces kako bi formirale redukovanu verziju NADPH, koji će se koristiti kao donor vodika u reakcija redukcionog tipa i hidroksilacija. Druga funkcija je opskrba stanica riboza-5-fosfatom. Unatoč činjenici da NADPH može nastati kao rezultat oksidacije malata sa stvaranjem piruvata i CO2, au slučaju dehidrogenacije izocitrata dolazi do stvaranja reduktivnih ekvivalenata zahvaljujući procesu pentoza fosfata. Drugi intermedijer ovog puta je eritroza-4-fosfat, koji, podvrgnut kondenzaciji sa fosfoenolpiruvatima, inicira stvaranje triptofana, fenilalanina i tirozina.
OperacijaPentozofosfatni put se opaža kod životinja u organima jetre, mliječnih žlijezda tokom laktacije, testisa, kore nadbubrežne žlijezde, kao iu eritrocitima i masnom tkivu. To je zbog prisutnosti aktivnih reakcija hidroksilacije i regeneracije, na primjer, tijekom sinteze masnih kiselina, također se opaža prilikom uništavanja ksenobiotika u tkivima jetre i aktivnog kisika u ćelijama eritrocita i drugim tkivima. Procesi poput ovih stvaraju veliku potražnju za raznim ekvivalentima, uključujući NADPH.
Razmotrimo primjer eritrocita. U ovim molekulima, glutation (tripeptid) je odgovoran za neutralizaciju aktivnog oblika kiseonika. Ovo jedinjenje, podvrgnuto oksidaciji, pretvara vodonik peroksid u H2O, ali je obrnuti prelaz sa glutationa na smanjenu varijaciju moguć u prisustvu NADPH+H+. Ako stanica ima defekt glukoza-6-fosfat dehidrogenaze, tada se može uočiti agregacija promotora hemoglobina, zbog čega eritrocit gubi svoju plastičnost. Njihovo normalno funkcioniranje moguće je samo uz potpun rad pentozofosfatnog puta.
Obrnuti put pentoze fosfata biljke pruža osnovu za tamnu fazu fotosinteze. Osim toga, neke biljne grupe su u velikoj mjeri zavisne od ove pojave, što može uzrokovati, na primjer, brzu međusobnu konverziju šećera, itd.
Uloga pentozofosfatnog puta za bakterije leži u reakcijama metabolizma glukonata. Cijanobakterije koriste ovaj proces na osnovunedostatak punog Krebsovog ciklusa. Druge bakterije iskorištavaju ovaj fenomen da izlažu različite šećere oksidaciji.
Procesi regulacije
Regulacija pentozofosfatnog puta zavisi od prisustva potrebe za glukoza-6-fosfatom od strane ćelije i nivoa koncentracije NADP+ u tečnosti citosola. Upravo će ova dva faktora odrediti da li će gore spomenuti molekul ući u reakcije glikolize ili u put tipa pentoza fosfata. Odsustvo akceptora elektrona neće dozvoliti da se prvi koraci na putu nastave. Brzim transferom NADPH u NADPH+, nivo koncentracije potonjeg raste. Glukoza 6 fosfat dehidrogenaza je alosterički stimulirana i posljedično povećava količinu glukoze 6 fosfatnog fluksa putem pentozofosfatnog puta. Usporavanje potrošnje NADPH dovodi do smanjenja nivoa NADP+, a glukoza-6-fosfat se odlaže.
Istorijski podaci
Pentoza fosfatni put započeo je svoj istraživački put zbog činjenice da je pažnja posvećena nedostatku promjene u potrošnji glukoze od strane općih inhibitora glikolize. Gotovo istovremeno sa ovim događajem, O. Warburg je otkrio NADPH i počeo da opisuje oksidaciju glukoza-6-fosfata u 6-fosfoglukonske kiseline. Osim toga, dokazano je da se C6H12O6, označen sa izotopima 14C (označen prema C-1), pretvara u 14CO2 relativno brže od ovo je isti molekul, ali označen kao C-6. To je ono što je pokazalo važnost procesa iskorišćavanja glukoze tokompomoć alternativnih puteva. Ove podatke objavila je I. K. Gansalus 1995.
Zaključak
I tako, vidimo da put koji se razmatra koristi ćelije kao alternativni način oksidacije glukoze i podijeljen je na dvije opcije u kojima može nastaviti. Ovaj fenomen se opaža kod svih oblika višećelijskih organizama, pa čak i kod mnogih mikroorganizama. Izbor metoda oksidacije zavisi od različitih faktora, prisustva određenih supstanci u ćeliji u trenutku reakcije.
