V.1.2. Метаболизм моносахаридов

Как уже от­ме­ча­лось рас­пад оли­го­са­ха­ри­дов и по­ли­са­ха­ри­дов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём гид­ро­ли­за и фос­фо­ро­ли­за. В пер­вом слу­чае об­ра­зу­ют­ся сво­бод­ные мо­но­зы, а во вто­ром – их фос­фор­ные эфи­ры. Даль­ней­ший об­мен мо­но­са­ха­ри­дов идёт та­ки­ми пу­тя­ми, что ис­поль­зу­ют­ся толь­ко фос­фор­ные эфи­ры мо­но­са­ха­ри­дов. Сво­бод­ные же мо­но­зы фос­фо­ри­ли­ру­ют­ся, пре­вра­ща­ясь в со­от­вет­ст­вую­щие фос­фор­ные эфи­ры. Ре­ак­ция фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния мо­но­са­ха­ри­дов рас­смат­ри­ва­ет­ся в био­хи­мии как ре­ак­ция их ак­ти­ви­ро­ва­ния, по­сколь­ку фос­фор­ные эфи­ры мо­ноз го­раз­до ре­ак­ци­он­но­спо­соб­нее, чем сво­бод­ные мо­но­са­ха­ри­ды.

Фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние мо­но­са­ха­ри­дов осу­ще­ст­в­ля­ет­ся при взаи­мо­дей­ст­вии их с АТФ и ус­ко­ря­ет­ся спе­ци­фи­че­ски­ми фос­фотранс­фе­ра­за­ми, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся ки­на­за­ми. На­при­мер, фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние глю­ко­зы ус­ко­ря­ет­ся фер­мен­том глю­ко­ки­на­зой, пол­ное но­менк­ла­тур­ное на­зва­ние ко­то­рой АТФ: D-глю­ко­за-6-фос­фотранс­фе­ра­за:

В ана­ло­гич­ную ре­ак­цию всту­па­ют и дру­гие мо­но­са­ха­ри­ды, та­кие как фрук­то­за и ри­бо­за. Фрук­то­за при фос­фо­ри­ли­ро­ва­нии об­ра­зу­ет фрук­то­зо-6-фос­фат, а ри­бо­за – ри­бо­зо-5-фос­фат.

В при­ро­де об­на­ру­же­но бо­лее двух де­сят­ков ин­ди­ви­ду­аль­ных фос­фотранс­фе­раз, пе­ре­но­ся­щих ос­тат­ки фос­фор­ной ки­сло­ты на те или иные мо­но­са­ха­ри­ды. Сле­до­ва­тель­но, прак­ти­че­ски лю­бой мо­но­са­ха­рид мо­жет быть пе­ре­ве­дён в фос­фор­ный эфир.

Важ­ной осо­бен­но­стью фос­фор­ных эфи­ров мо­но­са­ха­ри­дов яв­ля­ет­ся их спо­соб­ность к изо­ме­ри­за­ции под дей­ст­ви­ем фер­мен­тов изо­ме­раз. При­чём изо­ме­ри­зо­вать­ся они мо­гут дву­мя пу­тя­ми: пу­тём внут­ри­мо­ле­ку­ляр­но­го пе­ре­но­са ато­мов во­до­ро­да (взаи­мо­пре­вра­ще­ния аль­доз и ке­тоз) и пу­тём из­ме­не­ния про­стран­ст­вен­но­го рас­по­ло­же­ния ато­мов и атом­ных групп в мо­ле­ку­ле (сте­рео­изо­ме­ри­за­ция). При­ме­ра­ми та­ких ре­ак­ций слу­жат пе­ре­ход глю­ко­зо-6-фос­фа­та во фрук­то­зо-6-фос­фат и пре­вра­ще­ния ри­бо­зо-5-фос­фа­та.

Изо­ме­ри­за­ция глю­ко­зо-6-фос­фа­та во фрук­то­зо-6-фос­фат ин­тен­сив­но осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в мы­шеч­ной тка­ни и при­во­дит к ус­та­нов­ле­нию рав­но­ве­сия ме­ж­ду эти­ми дву­мя эфи­ра­ми в со­от­но­ше­нии 2: 1:

Ри­бо­зо-5-фос­фат вна­ча­ле пре­вра­ща­ет­ся в свою ке­то-фор­му – ри­бу­ло­зо-5-фос­фат, а ри­бу­ло­зо-5-фос­фат, под­вер­га­ясь эпи­ме­ри­за­ции – в кси­лу­ло­зо-5-фос­фат. Пре­вра­ще­ния ка­та­ли­зи­ру­ют­ся со­от­вет­ст­вую­щи­ми фер­мен­та­ми:

Очень лег­ко про­цес­сы пе­ре­строй­ки од­них мо­но­са­ха­ри­дов в дру­гие про­те­ка­ют, ес­ли фос­фор­ные эфи­ры мо­но­са­ха­ри­дов со­еди­не­ны с ури­дин-5¢-фос­фа­том. При­мер ре­ак­ции та­ко­го ро­да – об­ра­ти­мое пре­вра­ще­ние УДФ-глю­ко­зы в УДФ-га­лак­то­зу:

Как итог рас­смот­рен­ным про­цес­сам, мож­но ска­зать, что в жи­вом ор­га­низ­ме лю­бой мо­но­са­ха­рид и его фос­фор­ный эфир мо­жет пре­вра­тить­ся в лю­бой дру­гой, изо­мер­ный ему. Это иг­ра­ет ог­ром­ную роль, по­сколь­ку про­цесс об­ме­на мо­но­са­ха­ри­дов про­те­ка­ет толь­ко че­рез не­ко­то­рые их клю­че­вые фор­мы: глю­ко­зо-6-фос­фат и ри­бу­ло­зо-5-фос­фат.

По­это­му сле­дую­щий во­прос, ко­то­рый не­об­хо­ди­мо ра­зо­брать для по­ни­ма­ния ме­та­бо­лиз­ма мо­но­са­ха­ри­дов, – об­мен глю­ко­зо-6-фос­фа­та.