Кроме восстановительного пентозофосфатного пути есть также окислительный пентозофосфатный путь

Кроме восстановительного пентозофосфатного пути (цикла Кальвина), который обсуждался в предыдущих разделах, в хлоропластах содержатся также ферменты окислительного пентозофосфатного пути. В этом пути, который есть как у растений, так и у животных, гексозофосфат окисляется до пентозофосфата с высвобождением одной молекулы СО₂ (Окислительный пентозофосфатный цикл идет как в пластидах, так и в цитозоле, где его часто рассматривают как путь дыхания, альтернативный гликолизу. — Прим. ред.).

Этот путь обеспечивает НАДФН для «магистрали высокого давления», т.е. для биосинтетических процессов. Последовательность реакций изображена на рис. 6.21. Сначала глюкозо-6-фосфат окисляется до 6-фосфоглюконолактона с участием фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (рис. 6.22). Эта реакция сильно экзэргониче-ская и практически необратима. 6-Фосфоглю-конолактон, внутримолекулярный эфир, гидролизуется лактоназой. Глюконат-6-фосфат, который образуется в этой реакции, затем окисляется до рибутозо-5-фосфата с участием фермента глюконат-6-фосфатдегидрогеназы. Эта реакция идет с выделением СО₂ и образованием НАДФН.

В окислительном пентозофосфатном пути ксилулозо-5-фосфат образуется из рибулозо-5-

Г люкозо-6-фосфат

НАДФ®

НАДФН +Н® 6-фосфоглюконолактон

Глюконат-6-Ф

НАДФ®

НАДФН

Рис. 6.21. Окислительный пентозофосфатный путь

Гл юкозо-6-фосфат-дегидрогеназа

Лактоназа

Г люконат-6-фосфат-дегидрогеназа

НАДФ®

Н-С---

I н-с-он

I

но-с-н о

I н-с-он

I н-с-----

н-с-о-©

н

Глюкозо-

6-фосфат

НАДФН+Н® Н₂О

н-с-он I

но-с-н о

I н-с-он

I н-с-----

н-с-о-©

н

6-Фосфоглю-конолактон

Глюконат-6-фосфат

Рибулозо-5-фосфат

Рис. 6.22. Две окислительные реакции пентозофосфатного пути

H

I н-с-он

I

с=о

I но-с-н

I н-с-он

I н-с-он

I -----?

н-с-он

н-с-о-©

н

Трансальдолаза

н-с-он

I н

C=N—фермент

I ® но-с-н е ----

© е

н-с-о н

Н-С-ОН

К ф ,0^е с

Н-С-ОН

н-с-он

H. /,0

С^

I н-с-он +

I н-с-он н-с-о-®

н

H

I н-с-он

I с=о

I но-с-н

I н-с-он

I н-с-он н-с-о-®

н

Седогептулозо-7-фосфат

Гл и це рал ьде ги д-3-фосфат

Эритрозо-4-фосфат

Фруктозо-6-фосфат

Рис. 6.23. Трансальдолаза катализирует перенос С₃-фрагмент с кетона на альдегид. Реакция обратима. Механизм реакции такой же, как и с альдолазой, с тем отличием, что после разрыва С—С связи С₃-фрагмент остается связанным с ферментом и высвобождается только после переноса на глицеральдегидфосфат фосфата с помощью фермента рибулозофосфат-эпимеразы, а из рибозо-5-фосфата — с помощью рибозофосфатизомеразы.

Эти два продукта дальше превращаются в седогептулозо-7-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат под действием транскетолазы. Эта последовательность реакций является обращением восстановительного пентозофосфатного пути. Дальнейшая последовательность реакций специфична для окислительного пути: трансальдолазный перенос нефосфорилирован-ного С₃-остатка с седогептулозо-7-фосфата на глицеральдегид-3-фосфат с образованием фруктозо-6-фосфата и эритрозо-4-фосфата (рис. 6.23). Механизм реакции в целом такой же, как в альдолазной реакции (см. рис. 6.13), различие лишь в том, что после разрыва С-С связи оставшийся С₃-остаток связан с ферментом через Шиффово основание до тех пор, пока он не будет перенесен. Эритрозо-4-фосфат реагирует с другой молекулой ксилулозо-5-фосфата в транскетолазной реакции с образованием глицеральдегид-3-фосфата и фруктозо-6-фосфата. Таким образом, два гексозофосфата и один триозофосфат образуются из трех пентозофосфатов:

3 С₅—P# 2 С₆—Р + 1 С₃—Р

Эта цепь реакций обратима, что позволяет клетке производить рибозо-5-фосфат для биосинтеза нуклеотидов даже тогда, когда нет потребности НАДФН.

В окислительном пути при окислении глюкозо-6-фосфата образуются две молекулы НАДФН и выделяется одна молекула СО₂, в то время как в восстановительном пути фиксация молекулы СО₂ требует не только двух молекул НАДФН, но и трех молекул АТФ (рис. 6.24). Такой расход энергии позволяет восстановительному пентозофосфатному пути идти в направлении, противоположном окислительному пути, с очень высокой скоростью.

Рис. 6.24. Одновременное протекание восстановительного и окислительного пентозофосфатных путей привело бы к бесполезной растрате АТФ