V tem članku bomo obravnavali eno od variant oksidacije glukoze - pentozofosfatno pot. Analizirane in opisane bodo različice poteka tega pojava, metode za njegovo izvajanje, potreba po encimih, biološki pomen in zgodovina odkritja.
Predstavimo fenomen
Pentoza fosfatna pot je eden od načinov oksidacije C6H12O6 (glukoze). Sestoji iz oksidacijske in neoksidacijske stopnje.
Splošna enačba procesa:
3glukoza-6-fosfat+6NADP-à3CO2+6(NADPH+H-)+2fruktoza-6-fosfat+gliceraldehid-3-fosfat.
Po prehodu skozi oksidativno pentozofosfatno pot se molekula hiceraldehid-3-fosfata pretvori v piruvat in tvori 2 molekuli adenozin trifosforne kisline.
Živali in rastline med svojimi podenotami imajo široko razširjenost tega pojava, vendar ga mikroorganizmi uporabljajo le kot pomožni proces. Vsi encimi poti se nahajajo v celični citoplazmi v živalskih in rastlinskih organizmih. Poleg tega sesalci vsebujejo te snovitudi v EPS in rastline v plastidih, natančneje v kloroplastih.
Pentoza fosfatna pot oksidacije glukoze je podobna procesu glikolize in ima izjemno dolgo evolucijsko pot. Verjetno so se v vodnem okolju Arhejcev, preden se je pojavilo življenje v njegovem sodobnem pomenu, dogajale reakcije, ki so bile ravno pentozofosfatne narave, vendar katalizator takšnega cikla ni bil encim, temveč kovinski ioni.
Vrste obstoječih reakcij
Kot že omenjeno, pentozofosfatna pot razlikuje dve stopnji ali cikle: oksidativno in neoksidativno. Posledično se na oksidativnem delu poti C6H12O6 oksidira iz glukoza-6-fosfata v ribuloza-5-fosfat in nazadnje se reducira NADPH. Bistvo neoksidativne stopnje je pomagati pri sintezi pentoze in se vključiti v reverzibilno reakcijo prenosa 2-3 ogljikovih "kosčkov". Nadalje lahko spet pride do prehoda pentoz v stanje heksoz, kar je posledica presežka same pentoze. Katalizatorji, vključeni v to pot, so razdeljeni na 3 encimske sisteme:
- dehidro-dekarboksilacijski sistem;
- izomerizacijski tip sistema;
- sistem, zasnovan za ponovno konfiguracijo sladkorjev.
Reakcije z in brez oksidacije
Oksidativni del poti je predstavljen z naslednjo enačbo:
Glukoza6fosfat+2NADP++H2Oàribuloza5fosfat+2 (NADPH+H+)+CO2.
BV neoksidativni stopnji sta dva katalizatorja v obliki transaldolaze in transketolaze. Pospešujejo pretrganje C-C vezi in prenos ogljikovih fragmentov verige, ki nastanejo kot posledica tega preloma. Transketolaza izkorišča koencim tiamin pirofosfat (TPP), ki je vitaminski ester (B1) vrste difosforja.
Splošna oblika fazne enačbe v neoksidativni različici:
3 ribuloza5fosfatà1 riboza5fosfat+2 ksiluloza5fosfatà2 fruktoza6fosfat+gliceraldehid3fosfat.
Oksidativno variacijo poti lahko opazimo, ko celica uporablja NADPH, ali z drugimi besedami, ko gre v standardni položaj v svoji nereducirani obliki.
Uporaba reakcije glikolize ali opisane poti je odvisna od količine koncentracije NADP+ v debelini citosola.
cikel poti
Če povzamemo rezultate, pridobljene z analizo splošne enačbe neoksidativne variantne poti, vidimo, da se pentoze lahko vrnejo iz heksoz v glukozne monosaharide po pentozofosfatni poti. Naknadna pretvorba pentoze v heksozo je pentozofosfatni ciklični proces. Obravnavana pot in vsi njeni procesi so praviloma koncentrirani v maščobnih tkivih in jetrih. Skupno enačbo lahko opišemo kot:
6 glukoza-6-fosfat+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H+)+5 glukoza-6-fosfat+6 CO2.
Neoksidativna vrsta pentozofosfatne poti
Neoksidativni korak pentozofosfatne poti lahko prerazporedi glukozo brezodstranitev CO2, kar je možno zaradi encimskega sistema (preuredi sladkorje in glikolitične encime, ki pretvorijo glukozo-6-fosfat v gliceraldehid-3-fosfat).
Pri preučevanju metabolizma kvasovk, ki tvorijo lipide (ki jim manjka fosfofruktokinaza, ki jim preprečuje oksidacijo monosaharidov C6H12O6 z glikolizo), se je izkazalo, da glukoza v količini 20 % oksidira in po poti fosfate pentose preostalih 80 % se rekonfigurira na neoksidativni stopnji poti. Trenutno ostaja neznan odgovor na vprašanje, kako natančno nastane 3-ogljična spojina, ki se lahko ustvari le med glikolizo.
Funkcija za žive organizme
Vrednost pentozofosfatne poti pri živalih in rastlinah ter mikroorganizmih je skoraj enaka. Vse celice izvajajo ta proces, da tvorijo zmanjšano različico NADPH, ki bo uporabljen kot darovalec vodika v reakcija redukcijskega tipa in hidroksilacija. Druga funkcija je zagotoviti celicam ribozo-5-fosfat. Kljub temu, da lahko NADPH nastane kot posledica oksidacije malata s tvorbo piruvata in CO2, v primeru dehidrogenacije izocitrata pa pride do proizvodnje reduktivnih ekvivalentov zaradi pentozofosfatnega procesa. Drugi vmesni produkt te poti je eritroza-4-fosfat, ki ob kondenzaciji s fosfoenolpiruvati sproži tvorbo triptofanov, fenilalaninov in tirozinov.
OperacijaPentozofosfatno pot opazimo pri živalih v organih jeter, mlečnih žlez med laktacijo, modih, skorji nadledvične žleze, pa tudi v eritrocitih in maščobnem tkivu. To je posledica prisotnosti aktivnih reakcij hidroksilacije in regeneracije, na primer med sintezo maščobnih kislin, opazimo tudi med uničenjem ksenobiotikov v jetrnih tkivih in tvorbo aktivnega kisika v celicah eritrocitov in drugih tkivih. Takšni procesi ustvarjajo veliko povpraševanje po različnih ekvivalentih, vključno z NADPH.
Upoštevajmo primer eritrocitov. V teh molekulah je glutation (tripeptid) odgovoren za nevtralizacijo aktivne oblike kisika. Ta spojina, ki je podvržena oksidaciji, pretvori vodikov peroksid v H2O, vendar je možen obratni prehod iz glutationa v zmanjšano variacijo v prisotnosti NADPH+H+. Če ima celica okvaro glukoza-6-fosfat dehidrogenaze, lahko opazimo agregacijo promotorjev hemoglobina, zaradi česar eritrocit izgubi svojo plastičnost. Njihovo normalno delovanje je možno le s popolnim delovanjem pentozofosfatne poti.
Obrnjena pentozofosfatna pot rastline zagotavlja osnovo za temno fazo fotosinteze. Poleg tega so nekatere rastlinske skupine v veliki meri odvisne od tega pojava, ki lahko povzroči na primer hitro medsebojno pretvorbo sladkorjev itd.
Vloga pentozofosfatne poti za bakterije je v reakcijah presnove glukonata. Cianobakterije uporabljajo ta postopek zaradipomanjkanje polnega Krebsovega cikla. Druge bakterije izkoriščajo ta pojav, da izpostavijo različne sladkorje oksidaciji.
regulacijski procesi
Uravnavanje pentozofosfatne poti je odvisno od prisotnosti povpraševanja po glukozo-6-fosfatu v celici in ravni koncentracije NADP+ v citosolni tekočini. Prav ta dva dejavnika bosta odločila, ali bo prej omenjena molekula vstopila v reakcije glikolize ali v pot tipa pentoznega fosfata. Odsotnost sprejemnikov elektronov ne bo omogočila nadaljevanja prvih korakov poti. S hitrim prenosom NADPH v NADPH+ se koncentracija slednjega dvigne. Glukoza 6 fosfat dehidrogenaza je alosterično stimulirana in posledično poveča količino pretoka glukoza 6 fosfata po poti tipa pentozo fosfata. Upočasnitev porabe NADPH vodi do zmanjšanja ravni NADP+, glukoza-6-fosfat pa se odstrani.
Zgodovinski podatki
Pentoza fosfatna pot je začela svojo raziskovalno pot zaradi dejstva, da je bila pozornost namenjena pomanjkanju sprememb v porabi glukoze s strani splošnih zaviralcev glikolize. Skoraj istočasno s tem dogodkom je O. Warburg odkril NADPH in začel opisovati oksidacijo glukoza-6-fosfatov v 6-fosfoglukonske kisline. Poleg tega je bilo dokazano, da se C6H12O6, označen z izotopi 14C (označen po C-1), pretvori v 14CO2 relativno hitreje kot to je ista molekula, vendar označena s C-6. To je pokazalo pomen procesa izrabe glukoze medpomoč pri alternativnih poteh. Te podatke je objavil I. K. Gansalus leta 1995.
Sklep
In tako vidimo, da obravnavano pot celice uporabljajo kot alternativni način oksidacije glukoze in je razdeljena na dve možnosti, v katerih se lahko nadaljuje. Ta pojav opazimo pri vseh oblikah večceličnih organizmov in celo pri številnih mikroorganizmih. Izbira oksidacijskih metod je odvisna od različnih dejavnikov, prisotnosti določenih snovi v celici v času reakcije.
