Пентозный цикл и взаимопревращения фосфосахаров
Пентозный цикл и взаимопревращения фосфосахаров
Министерство
образования республики Беларусь
Мозырский
государственный педагогический
университет им.И.П.Шамякина
Контрольная
работа по предмету: Биохимия
Подготовила:
cтудентка
IIIкурса
I
группы
заочного отделения
биологического факультета
Лысенкова Лилия Григорьевна
Мозырь 2009
План
1.Пентозный цикл
1.1 Взаимные превращения
фосфосахаров
Список литературы
1.Пентозный
цикл и взаимные превращения фосфосахаров
Термин пентозный цикл
(гексозомонофосфатный шунт) означает набор реакций, происходящих в цитоплазме, в
результате которых клетки животных получают NADPH,
необходимый для реакций восстановления, и рибозо-5-фосфат-основное промежуточное
вещество в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Если таких превращений не происходит,
промежуточные вещества пентозного цикла трансформируются в глицеральдегид-3-фосфат
и фруктозо-6-фосфат и включаются таким образом в гликолиз.
Открытие пути прямого окисления
углеводов, или, как его называют, пентозофосфатного цикла, принадлежит О.Варбургу,
Ф.Липману, Ф.Диккенсу (1935) и В.А. Энгельгарду (1938). Расхождение путей окисления
углеводов –классического (цикл тикарбоновых кислот, или цикл Кребса) и пентозофосфатного
– начинается со стадии образования гексозамонофосфата. Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется
во фруктозщ-6-фосфат, который фосфорилируется второй раз и превращается в фруктозо-1,6-бисфосфат,
то в этом случае дальнейший распад углеводов происходит по обычному гликолитическому
пути с образованием пировиноградной кислоты, которая, окисляясь до ацетил-КоА, затем
«сгорает» в цикле Кребса.
Если второго фосфорилирования
гексозо-6-монофосфата не происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться
прямому окислению до фосфопентоз. В норме доля пентозофосфатного пути в количественном
превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от
типа ткани и её функционального состояния.
У млекопитающих активность
пентозофосфатного цикла относительно высока в печени, надпочечниках, эмбриональной
ткани и молочной железе в период лактации. Значение этого пути в обмене веществ
велико. Он поставляет восстановленный НАДФН, необходимый для биосинтеза жирных кислот,
холестерина и т.д. За счёт пентозофосфатного цикла примерно на 50% покрывается потребность
организма в НАДФН.
Другая функция пентозофосфатного
цикла заключается в том, что он поставляет пентозофосфаты для синтеза нуклеиновых
кислот и многих коферментов. При ряде патологических состояний удельный вес пентозофосфатного
пути окисления глюкозы возрастает. Механизм реакций пентозофосфатного цикла достаточно
расшифрован. [4]
1.1 Взаимные
превращения фосфосахаров
В отличие от классического
пути гликолиза в пентозофосфатном цикле не происходит разрыва молекул сахара на
триазы, а окисление осуществляется ступенчато, путём отщепления карбоксильной группы
от фосфоглюконовой кислоты, образующейся при окислении глюкозы.
Согласно исследованиям Рекера
и других в 50-х годах процесс начинается с образования глюкозо-6фосфата, который
далее окисляется в фосфоглюконовую кислоту (1) при участии фермента дегидрогеназы
глюкозо-6 фосфата
CH2O PO3H2
H
O H
H
+HAДФ
OH H
OH OH
H
OH
Глюкозо-6-фосфат
Лактон
6-фосфоглюконовой
6-Фосфоглюконовая
кислота
Кислоты
[2 стр.222]
Фосфоглюконовая кислота
в присутствии кислорода расщепляется с образованием рибулозо-5-фосфата и СО2 при
участии дегидрогеназы 6 –фосфоглюконата и НФДФ (2).
COOH
СН2ОН
HCOH
С=О
HOCH
+
НАДФ НСОН + НАДФН2 +СО2 (2)
HCOH
НСОН
HCOH
СН2ОРО3Н2
CH2OPO3H2
6-Фосфоглюконовая кислота
Рибулоза -5-фосфат
В дальнейшем происходит
внутримолекулярная перегруппировка рибулозо-5-фосфата в ксилулозо-5-фосфат при действии
фермента фосфопентоэпимеразы. Рибулозо-5-фосфат изомеризуется также в рибозо-5-фосфат.
3
СНО СН2ОН СН2ОН
НСОН С=О С=О
НСОН
НСОН НОСН (3)
НСОН НСОН НСОН
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
Рибозо-5-фосфат Рибулозо-5-фосфат
Ксилулозо-5-фосфат
В присутствии тиаминпирофосфата
(ТПФ) и ионов Мg++ первый и второй
атомы углерода ксилулозо-5-фосфата переносятся на молекулу рибозо-5-фосфата. В результате
образуется седогептулозо-7фосфат и 3-фосфоглицериновый альдегид:
Ксилулозо-5-фосфат
Рибозо-5-фосфат
(донор 2С) (акцептор 2С)
(4)
3-фосфоглицериновый альдегид
Седегептулозо-7-фосфат
Реакция (4) катализируется
ферментом транскетолазой.
Под действием фермента трансальдолазы
фрагмент молекулы седогептулозо-7-фосфата, содержащий три атома углерода, переносится
на 3-фосфоглицериновый альдегид. При этом 3-фосфоглицериновый альдегид превращается
в фруктозо-6-фосфат, а из седогептулозо-7-фосфат образуется эритрозо-4-фосфат:
Седогептулозо-7-фосфат 3-фосфоглицериновый
альдегид
(донор 3С) (акцептор 3С)
(5)
Эритрозо-4-фосфат Фруктозо-6-фосфат
[2 стр.223]
На эритрозо-4-фосфат переносится
от ксилулозо-5-фосфата группа из двух атомов углерода. В результате реакции образуется
фруктозо-фосфат и 3-фосфоглицериновый альдегид:
Ксилулозо-5-фосфат Эритрозо-4-фосфат
(донор 2С) (акцептор 2С)
(6)
3-фосфоглицериновый альдегид
Фруктозо-6-фосфат
В результате 4,5 и 6-й реакции
три молекулы пентозофосфата превращаются в две молекулы гексозофосфата и одну молекулу
триозофосфата. Гексозофосфат снова подвергаться окислению.
Расчёты показывают, что
если в пентозофосфатный цикл вступили шесть молекул глюкозо-6-фосфата, то из них
образуются 6 молекул СО2 (исключительно за счёт окисления первого углеродного атома),
4 молекулы гексозофосфата и 2 молекулы тризофосфата. Последние молут изомеризоваться
в гексозофосфат, который, в свою очередь, может подвергаться окислению и т.д.
Таким образом, в ходе пентозофосфатного
цикла происходит не только окисление гексозофосфата с выделением СО2, но и постоянная
регенерация гексозофосфата.
Реакции пентозофосфатного
цикла показывают также, как образуются в растении триозы(цепь состоит из трёх атомов
углерода), тетрозы (содержащие четыре атома углерода), пентозы (содержащие пять
атомов углерода), гексозы (содержащие шесть атомов углерода) и гептозы (содержащие
семь атомов углерода).[1 стр.224]
Пентозы могут образовываться
при декарбоксилировании ULР
уроновых кислот, чрезвычайно широко распространённых в растительных организмах в
виде различного рода полиуронидов. Имеются экспериментальные данные, свидетельствующие
о том, что ксилан синтезируется из ксилозы, которая образуется путём окисления глюкозы
у шестого углеродного атома и последующего декарбоксилирования возникающей таким
образом уроновой кислоты.
В опытах, проведённых на
растениях пшеницы с помощью изотопной методики, было показано, что ксилан особенно
легко образуется из глюкуроной кислоты. Результаты этих опытов подтверждают представление
о том, что декарбоксилирование галактуроновой и глюкорбоновой кислот (или их полимеров)
является важнейшим путём образования арабана и ксилана в растительном организме.
Пентозы также могут образовываться путём декарбоксилирования кислот, образующихся
при окислении молекул гексозы у первого углеродного атома. Так, при декарбоксилировании
фосфоглюконовой кислот ферментными препаратами, выделенными из дрожжей, бактерий
и высших растений, образуется фосфорный эфир кетопентозы- рибулозы: образовавшийся
таким образом рибулозофосфат под действием рибозофосфат-изомеразы даёт рибозо-фосфат.
При этом образуется рибозо-5-фосфат, превращающийся под влиянием фермента фосфорибомутозы
в рибозо-1-фосфат. [2 стр.189]
Образовавшаяся рибулоза
под действием особой изомеразы может
превращаться может превращаться в арабинозу,
а специфическая изомераза
катализирует превращение
рибулозо -5-фосфата в ксилулозо-5-фосфат. Таким образом, в результате ферментированных
превращений фосфоглюконовой кислоты может образоваться ряд пентозон и их фосфорных
эфиров.
Рассматривая описанный путь
образования пентоз из гексоз, нужно отметить, что если уроновые кислоты чрезвычайно
широко распространены в растениях, то глюконовая кислота и подобные ей другие кислоты
в высших растениях не накапливаются. Они лишь промежуточные продукты пентозофосфатного
пути окисления гексозофосфатов.
Наконец, образование пентоз
можно представить как результат синтезирующего действия альдолазы. При взаимодействии
фосфодиоксиацетона и фосфоглицеринового альдегида, происходящем под влиянием альдолазы,
образуется фруктозодифосфат. Мейергофом показано, что под действием альдолазы фосфодиоксиацетон
может обратимо конденсироваться не только с глицериновым альдегидом, но также с
целым рядом других альдегидов, найденных в растениях, причём в результате этой реакции
образуются пентозы. [ 2 стр 190]
Пентозофосфатный цикл представляет
собой аэробное окисление. Кислород соединяется с водородом, который отщепляется
от гликозидного атома углерода глюкозо-6-фосфата при окислении его в 6-фосфоглюконовую
кислоту. При этом водород, прежде чем соединиться с кислородом, сначала восстанавливает
НАДФ в НАДФН2, который и реагирует в дальнейшем с кислородом воздуха при посредстве
цитохромов.
При окислении двух молекул
глюкозо-6-фосфата поглащается две молекулы кислорода и выделяется две молекулы СО2
в процессе фотосинтеза.
Меченые атомы позволяют
отличить, происходят ли начальные этапы окисления глюкозы при дыхании путём гликолиза
или же посредством пентозофосфатного цикла. В том случае, когда субстратом дыхания
является глюкоза, меченая по первому атому углерода (глюкозо-1-С14), окисление глюкозы
по пентозофосфатному циклу будет сопровождаться выделением С14О2. При окислении
глюкозы путём гликолиза в составе углекислоты, выделенной при дыхании, будет преобладать
немеченая СО2.
В настоящее время для изучения
путей окисления глюкозы попеременно используют глюкозо-1-С14 и глюкозо -6-С14 и
определяют в составе выделенной углекислоты отношение С-6:С-1.
При окислении глюкозы через
гликолиз и цикл трикорбоновых кислот отношение С6:С1+1, а при окислении по пентозофосфатному
циклу С6:С1<1. При проведении эксперимента необходимо определять это отношение
в первых пропорциях выделяющейся углекислоты, так как при полном окислении глюкозы
отношение С6/С1 равно 1.
Опыты с растениями показали,
что у старых тканей отношение С6/С1 меньше единицы (около0,5), а у молодых – около
единицы. Следовательно, в молодых тканях глюкоза окисляется преимущественно через
гликолиз и цикл трикорбоновых кислот, а в старых- через пентозофосфатный цикл. [3
срт129]
Итак:
Взаимные превращения фосфосахаров
в пентозном цикле.
Окисление и декарбоксилирование
шести молекул глюкозо-6-фосфата даёт 6 молекул пентозофосфата, которые способны
к взаимным превращениям под действием трансальдолаз и транскетолаз. В качестве промежуточных
соединений образуются фосфорилированные эфиры с 3-7 углеродными атомами. Из этих
эфиров получаются четыре молекулы фруктозо-6-фосфата и две молекулы глицеральдегид-3-фосфата.
Эти две молекулы конденсируют с образованием фосфорного эфира фруктозы или превращаются
далее в геакциях гликолиза. Молекулы фруктозо-6-фосфата изомеризуются в глюкозо-6-фосфат
и включаются в общий глюкозо-6-фосфатный путь, который далее испоьзуется в гликолизе
или пентозном цикле. В равной мере это справедливо и для других промежуточных соединений.
Шесть молекул глюкозо-6-фосфата в результате превращений в пентозном цикле дают
6 молекул СО2 и 6 молекул Н2О и вновь синтезируются пять молекул глюкозо-6-фосфата.
Список литературы
1.
Гребинский
С.О. Биохимия растений. под ред. И.Д.Головацкого. Учебное пособие для студентов
биологических факультетов университетов. Издательство Львовского университета, 1967.
2.
Кретович
В.Л. Биохимия растений: Учебник для биол.факультетов ун-тов.-М.: Высш.школа, 1980.
3.
Плешков
Б.П.Биохимия сельскохозяйственных растений. 2-е доп.изд. Под ред.акад. ВАСХНИЛ В.М.Клечковского.
М., «Колос», 1969
4.
Материалы
с сайта www.xumuk.ru/encyklopedia
|