U ovom članku ćemo razmotriti jednu od varijanti oksidacije glukoze - pentozofosfatni put. Analizirat će se i opisati varijante tijeka ovog fenomena, metode njegove implementacije, potreba za enzimima, biološki značaj i povijest otkrića.
Uvođenje fenomena
Pentoza fosfatni put je jedan od načina na koji se C6H12O6 (glukoza) oksidira. Sastoji se od faze oksidacije i neoksidacije.
Opća jednadžba 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 molekule adenozin trifosforne kiseline.
Životinje i biljke među svojim podjedinicama imaju široku rasprostranjenost ovog fenomena, ali ga mikroorganizmi koriste samo kao pomoćni proces. Svi enzimi puta nalaze se u staničnoj citoplazmi u životinjskim i biljnim organizmima. Osim toga, sisavci sadrže ove tvaritakođer u EPS-u i biljke u plastidima, posebno u kloroplastima.
Pentoza-fosfatni put oksidacije glukoze sličan je procesu glikolize i ima izuzetno dug evolucijski put. Vjerojatno su se u vodenom okolišu Arhejaca, prije pojave života u njegovom modernom smislu, događale reakcije koje su bile upravo pentozofosfatne prirode, ali katalizator takvog ciklusa nije bio enzim, već metalni ioni.
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. Bit neoksidativnog stupnja je pomoći u sintezi pentoze i uključiti se u reverzibilnu reakciju prijenosa 2-3 "komada" ugljika. Nadalje, ponovno može doći do prijelaza pentoza u stanje heksoza, što je uzrokovano viškom same pentoze. Katalizatori uključeni u ovaj put podijeljeni su u 3 enzimska sustava:
- sustav dehidro-dekarboksilacije;
- izomerizirajući tip sustava;
- sustav dizajniran za rekonfiguraciju šećera.
Reakcije sa i bez oksidacije
Oksidativni dio puta predstavljen je sljedećom jednadžbom:
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 posljedica tog prekida. Transketolaza koristi koenzim tiamin pirofosfat (TPP), koji je vitaminski ester (B1) tipa difosfora.
Opći oblik etapne jednadžbe u neoksidativnoj verziji:
3 ribuloza5fosfatà1 riboza5fosfat+2 ksiluloza5fosfatà2 fruktoza6fosfat+gliceraldehid3fosfat.
Oksidativna varijacija puta može se uočiti kada NADPH koristi stanica, ili drugim riječima, kada ide u standardni položaj u svom nereduciranom obliku.
Primjena reakcije glikolize ili opisanog puta ovisi o količini koncentracije NADP+ u debljini citosola.
ciklus puta
Sažimajući rezultate dobivene analizom opće jednadžbe neoksidativnog varijantnog puta, vidimo da se pentoze mogu vratiti iz heksoza u monosaharide glukoze koristeći pentozofosfatni put. Naknadna pretvorba pentoze u heksozu je pentoza fosfatni ciklički proces. Put koji se razmatra i svi njegovi procesi koncentrirani su, u pravilu, u masnom tkivu i jetri. Ukupna jednadžba 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 sustavu (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 sprječava 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 točno nastaje spoj s 3 ugljika, koji se može stvoriti samo tijekom glikolize, ostaje nepoznat.
Funkcija za žive organizme
Vrijednost puta pentoza fosfata u životinja i biljaka, kao i kod mikroorganizama je gotovo ista. Sve stanice 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 opskrbiti stanice ribozom-5-fosfatom. Unatoč činjenici da NADPH može nastati kao rezultat oksidacije malata s stvaranjem piruvata i CO2, au slučaju dehidrogenacije izocitrata dolazi do stvaranja reduktivnih ekvivalenata uslijed pentozofosfatnog procesa. Drugi međuprodukt ovog puta je eritroza-4-fosfat, koji, podvrgavajući se kondenzaciji s fosfoenolpiruvatima, inicira stvaranje triptofana, fenilalanina i tirozina.
OperacijaPentozofosfatni put se opaža kod životinja u organima jetre, mliječnih žlijezda tijekom laktacije, testisima, korteksu 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 tijekom uništavanja ksenobiotika u tkivima jetre i oblika aktivnog kisika u stanicama eritrocita i drugim tkivima. Ovakvi procesi stvaraju veliku potražnju za raznim ekvivalentima, uključujući NADPH.
Razmotrimo primjer eritrocita. U tim je molekulama glutation (tripeptid) odgovoran za neutralizaciju aktivnog oblika kisika. Ovaj spoj, koji prolazi oksidaciju, pretvara vodikov peroksid u H2O, ali je obrnuti prijelaz iz glutationa u smanjenu varijaciju moguć u prisutnosti 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 potpuni rad pentozofosfatnog puta.
Obrnuti put pentoza fosfata biljke daje osnovu za tamnu fazu fotosinteze. Osim toga, neke biljne skupine uvelike ovise o ovoj pojavi, što može uzrokovati, na primjer, brzu međupretvorbu šećera, itd.
Uloga pentozofosfatnog puta za bakterije leži u reakcijama metabolizma glukonata. Cijanobakterije koriste ovaj proces na temeljunedostatak punog Krebsovog ciklusa. Druge bakterije iskorištavaju ovaj fenomen da izlažu različite šećere oksidaciji.
Procesi regulacije
Regulacija pentozofosfatnog puta ovisi o prisutnosti potražnje za glukoza-6-fosfatom od strane stanice i razini koncentracije NADP+ u tekućini citosola. Upravo će ta dva čimbenika odrediti hoće li spomenuta molekula ući u reakcije glikolize ili u put tipa pentoza fosfata. Odsutnost akceptora elektrona neće dopustiti da se prvi koraci na putu nastave. Brzim prijenosom NADPH u NADPH+, razina koncentracije potonjeg raste. Glukoza 6 fosfat dehidrogenaza je alosterički stimulirana i posljedično povećava količinu glukoze 6 fosfatnog toka putem pentozofosfatnog puta. Usporavanje potrošnje NADPH dovodi do smanjenja razine NADP+, a glukoza-6-fosfat se odlaže.
Povijesni podaci
Pentoza-fosfatni put započeo je svoj istraživački put zbog činjenice da je pozornost posvećena nedostatku promjene u potrošnji glukoze od strane općih inhibitora glikolize. Gotovo istodobno s ovim događajem, O. Warburg je otkrio NADPH i počeo opisivati oksidaciju glukoza-6-fosfata u 6-fosfoglukonske kiseline. Osim toga, dokazano je da se C6H12O6, označen sa izotopima 14C (označen prema C-1), pretvorio u 14CO2 relativno brže od ovo je ista molekula, ali označena C-6. To je ono što je pokazalo važnost procesa iskorištavanja glukoze tijekompomoć alternativnih puteva. Ove podatke objavila je I. K. Gansalus 1995.
Zaključak
I tako, vidimo da put koji se razmatra koristi stanice kao alternativni način oksidacije glukoze i podijeljen je u dvije opcije u kojima se može nastaviti. Taj se fenomen opaža kod svih oblika višestaničnih organizama, pa čak i kod mnogih mikroorganizama. Izbor metoda oksidacije ovisi o raznim čimbenicima, prisutnosti određenih tvari u stanici u trenutku reakcije.
