Общее описание и биологическая роль Пентозофосфатный путь (ПФП), также известный как путь гексозо-фосфатного шунта, представляет собой альтернативный путь катаболизма глюкозы, отличающийся от гликолиза. Основная функция ПФП заключается в обеспечении клетки восстановительным эквивалентом — NADPH — необходимым для биосинтетических процессов, а также в синтезе рибозо-5-фосфата, предшественника нуклеотидов и нуклеиновых кислот. ПФП особенно активен в клетках, участвующих в интенсивной липидной и стероидной биосинтезе, таких как печёночные клетки и жировая ткань, а также в клетках костного мозга и эритроцитов.
Структурные фазы пути ПФП подразделяется на две основные фазы: окислительную и неокислительную.
Окислительная фаза ПФП обеспечивает образование NADPH и начинается с глюкозо-6-фосфата, который образуется на первом этапе гликолиза. Ключевые реакции окислительной фазы:
Окисление глюкозо-6-фосфата Катализируется ферментом глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой (G6PD), результатом реакции является 6-фосфоглюконолактон с одновременным восстановлением NADP⁺ до NADPH. Эта реакция является лимитирующей и ключевым регуляторным шагом ПФП.
Гидролиз лактоновой формы 6-Фосфоглюконолактон гидролизуется 6-фосфоглюконолактоновой гидролазой до 6-фосфоглюконата.
Окислительное декарбоксилирование 6-фосфоглюконата Катализируется 6-фосфоглюконатдегидрогеназой, с образованием рибулозо-5-фосфата и второго моля NADPH, а также выделением CO₂.
В результате окислительной фазы на каждую молекулу глюкозо-6-фосфата образуются две молекулы NADPH и одна молекула рибулозо-5-фосфата.
Неокислительная фаза предназначена для преобразования пентозофосфатов в метаболиты, используемые в гликолизе (фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат), а также для синтеза рибозо-5-фосфата, необходимого для нуклеотидного обмена.
Ключевые реакции:
Изомеризация и эпимеризация Рибулозо-5-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат (изомеризация, катализируемая рибозо-5-фосфатизомеразой) или в ксилулозо-5-фосфат (эпимеризация, катализируемая ксилулозо-5-фосфатэпимеразой).
Транскетолазные реакции Транскетолаза переносит двухуглеродные фрагменты между пентозофосфатами, формируя семиуглеродные и трёхуглеродные сахара, далее превращающиеся в гексозо- и трёхуглеродные фосфаты.
Трансальдолазные реакции Трансальдолаза переносит трёхуглеродные группы, обеспечивая образование фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата. Эти метаболиты могут использоваться в гликолизе или глюконеогенезе, обеспечивая гибкую адаптацию метаболизма клетки к потребностям в NADPH, рибозо-5-фосфате и энергии.
Регуляция пентозофосфатного пути Главным регуляторным звеном является глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. Ее активность контролируется соотношением NADP⁺/NADPH: при высоком уровне NADPH фермент ингибируется, а при повышении NADP⁺ — активируется. Дополнительная регуляция осуществляется через концентрацию глюкозо-6-фосфата и энергетическое состояние клетки.
Метаболическая интеграция ПФП тесно взаимодействует с гликолизом и глюконеогенезом. В зависимости от потребности клетки в NADPH, рибозо-5-фосфате и АТФ, возможны следующие сценарии:
Физиологическое значение NADPH NADPH, образующийся в ПФП, участвует в:
Заключение по биохимической значимости ПФП является критически важным метаболическим путем, обеспечивающим клетку восстановительной энергией и биосинтетическими предшественниками. Его регуляция и интеграция с другими метаболическими путями позволяет клетке адаптироваться к изменениям в потребностях NADPH, энергии и структурных компонентов.