Гексозомонофосфатный путь

Гексозомонофосфатный путь [ГМП (HMW), часто называемый также пентозофосфатным путем] является окислительным обменом веществ в цитоплазме, в котором, как и в гликолизе, исходным субстратом служит глюкозо-6-фосфат. ГМП поставляет два важных исходных соединения для анаболических процессов: НАДФН + Н⁺ (NADPH + Н⁺), необходимый для биосинтеза жирных кислот и изопреноидов (см. с. 170), и рибозо-5-фосфат, предшественник в биосинтезе нуклеотидов (см. с. 190).

А. Гексозомонофосфатный путь: окисление

В процессе окисления глюкозо-6-фосфат превращается в рибулозо-5-фосфат. При этом образуются 1 молекула CO₂ и 2 НАДФН + Н⁺. Значительно более сложная часть пути — восстановительная (Б) — в зависимости от обмена веществ либо превращает часть образованного пентозофосфата снова в гексозофосфат, либо включает его в гликолиз для деградации. В большинстве клеток за счет ГМП разрушается не более 10% глюкозо-6-фосфата.

Б. Реакции

Окислительная часть ГМП начинается с окисления глюкозо-6-фосфата глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой [1]. При этом образуется НАДФН + Н⁺ и 6-фосфоглюколактон — внутримолекулярный сложный эфир (лактон) 6-фосфоглюконата. Специфическая гидролаза (фермент [2]) расщепляет сложноэфирную связь и оставляет свободной карбоксильную группу 6-фосфоглюконата. Последний фермент окислительной части, фосфоглюконатдегидрогеназа (3), отщепляет карбоксильную группу 6-фосфоглюконата в виде CO₂ с одновременным окислением гидроксильной группы при С-3 до кетогруппы. Наряду со второй молекулой НАДФН + Н⁺ при этом образуется кетопентоза, рибулозо-5-фосфат, которая под действием изомеразы превращается в рибозо-5-фосфат, исходное соединение для нуклеотидного синтеза (на схеме сверху).

Восстановительная часть ГМП показана здесь только схематически. Полная схема реакции представлена на с. 396.

Функция восстановительной ветви состоит в том, чтобы производство НАДФН + Н⁺ и пентозофосфатов соответствовало метаболическим потребностям клеток. Обычно потребность в НАДФН + Н⁺ намного выше, чем в пентозофосфатах. В этих условиях 6 молекул рибулозо-5-фосфата под действием трансальдолаз и транскетолаз образуют 5 молекул фруктозо-6-фосфата, которые изомеризуются в 5 молекул глюкозо-6-фосфата. Глюкозо-6-фосфат вновь участвует в окислительной части ГМП в процессе получения НАДФН + Н⁺. Неоднократное повторение этих реакций позволяет окислить глюкозо-6-фосфат до 6 молекул CO₂. При этом образуется 12 молекул НАДФН + Н⁺, а пентозофосфат не образуется.

При взаимном превращении фосфатов сахаров в восстановительной части ГМП особенно важны два фермента. Трансальдолаза [5] переносит С₃-звенья от седогептулозо-7-фосфата, кетосахара с 7 атомами углерода, на альдегидную группу глицеральдегид-3-фосфата. Аналогичным образом транскетолаза [4] катализирует перенос С₂-фрагмента с одного фосфата сахара на другой.

Реакции восстановительной части ГМП обратимы, т.е. гексозофосфаты могут непосредственно превращаться в пентозофосфаты. Это превращение может происходить при высокой потребности клетки в пентозофосфатах, например на стадии репликации ДНК и S-фазе клеточного цикла (см. с. 380).

Дополнительная информация

Если наряду с НАДФН + Н⁺ клетке требуется энергия в форме АТФ, продукты восстановительной части ГМП (фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат) включаются в гликолиз и далее в цитратный цикл и дыхательную цепь с образованием CO₂ и воды. На этом пути из 6 молей глюкозо-6-фосфата образуется 12 молей НАДФН + Н⁺ и примерно 150 молей АТФ.