ग्लूकोज ऑक्सीकरण का पेंटोस फॉस्फेट मार्ग और उसका महत्व

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

इस लेख में हम ग्लूकोज ऑक्सीकरण के प्रकारों में से एक पर विचार करेंगे - पेंटोस फॉस्फेट मार्ग। इस परिघटना के प्रकार, इसके कार्यान्वयन के तरीके, एंजाइमों की आवश्यकता, जैविक महत्व और खोज के इतिहास का विश्लेषण और वर्णन किया जाएगा।

परिघटना का परिचय

पेंटोस फॉस्फेट मार्ग उन तरीकों में से एक है जिसमें C6H12O6 (ग्लूकोज) ऑक्सीकृत होता है। ऑक्सीकरण और गैर-ऑक्सीकरण चरण से मिलकर बनता है।

सामान्य प्रक्रिया समीकरण:

3ग्लूकोज-6-फॉस्फेट+6एनएडीपी^-à3CO₂+6(एनएडीपीएच+एच^{-)+2फ्रुक्टोज-6-फॉस्फेट+ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट।}

ऑक्सीडेटिव पेंटोस फॉस्फेट मार्ग से गुजरने के बाद, हाइसेराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट अणु पाइरूवेट में परिवर्तित हो जाता है और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड के 2 अणु बनाता है।

जानवरों और पौधों में उनके उप-इकाइयों में इस घटना का व्यापक वितरण होता है, लेकिन सूक्ष्मजीव इसे केवल एक सहायक प्रक्रिया के रूप में उपयोग करते हैं। मार्ग के सभी एंजाइम जानवरों और पौधों के जीवों में कोशिकीय कोशिका द्रव्य में स्थित होते हैं। इसके अलावा, स्तनधारियों में ये पदार्थ होते हैंईपीएस में भी, और प्लास्टिड में पौधे, विशेष रूप से क्लोरोप्लास्ट में।

ग्लूकोज ऑक्सीकरण का पेंटोस फॉस्फेट मार्ग ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया के समान है और इसका विकास पथ बहुत लंबा है। संभवतः, आर्कियन के जलीय वातावरण में, जीवन के अपने आधुनिक अर्थों में प्रकट होने से पहले, प्रतिक्रियाएं हुईं जो ठीक एक पेंटोस फॉस्फेट प्रकृति की थीं, लेकिन इस तरह के चक्र के लिए उत्प्रेरक एक एंजाइम नहीं था, बल्कि धातु आयन थे।

मौजूदा प्रतिक्रियाओं के प्रकार

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, पेंटोस फॉस्फेट मार्ग दो चरणों, या चक्रों को अलग करता है: ऑक्सीडेटिव और गैर-ऑक्सीडेटिव। नतीजतन, मार्ग के ऑक्सीडेटिव भाग पर, C6H12O6 ग्लूकोज-6-फॉस्फेट से राइबुलोज-5-फॉस्फेट में ऑक्सीकृत हो जाता है, और अंत में NADPH कम हो जाता है। गैर-ऑक्सीडेटिव चरण का सार पेंटोस के संश्लेषण में मदद करना है और खुद को 2-3 कार्बन "टुकड़ों" की प्रतिवर्ती हस्तांतरण प्रतिक्रिया में शामिल करना है। इसके अलावा, पेन्टोज़ का हेक्सोज़ की स्थिति में स्थानांतरण फिर से हो सकता है, जो स्वयं पेंटोस की अधिकता के कारण होता है। इस मार्ग में शामिल उत्प्रेरकों को 3 एंजाइमी प्रणालियों में विभाजित किया गया है:

1. डीहाइड्रो-डीकार्बाक्सिलेशन सिस्टम;
2. आइसोमराइजिंग टाइप सिस्टम;
3. शर्करा को फिर से कॉन्फ़िगर करने के लिए डिज़ाइन किया गया एक सिस्टम।

ऑक्सीकरण के साथ और बिना अभिक्रिया

पथ के ऑक्सीडेटिव भाग को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है:

ग्लूकोज6फॉस्फेट+2एनएडीपी⁺+एच2ओàरिबुलोज5फॉस्फेट+2 (एनएडीपीएच+एच⁺)+सीओ2.

बीगैर-ऑक्सीडेटिव चरण में, ट्रांसएल्डोलेज़ और ट्रांसकेटोलेज़ के रूप में दो उत्प्रेरक होते हैं। वे सीसी बांड के टूटने और इस ब्रेक के परिणामस्वरूप बनने वाली श्रृंखला के कार्बन टुकड़ों के हस्तांतरण में तेजी लाते हैं। Transketolase कोएंजाइम थायमिन पाइरोफॉस्फेट (TPP) का शोषण करता है, जो कि डिफॉस्फोरस प्रकार का एक विटामिन एस्टर (B₁) है।

गैर-ऑक्सीडेटिव संस्करण में चरण समीकरण का सामान्य रूप:

3 राइबुलोज5फॉस्फेटà1 राइबोज5फॉस्फेट+2 जाइलुलोज5फॉस्फेटà2 फ्रुक्टोज6फॉस्फेट+ग्लिसराल्डिहाइड3फॉस्फेट।

मार्ग की ऑक्सीडेटिव भिन्नता तब देखी जा सकती है जब कोशिका द्वारा एनएडीपीएच का उपयोग किया जाता है, या दूसरे शब्दों में, जब यह अपने अपरिवर्तित रूप में मानक स्थिति में जाता है।

ग्लाइकोलिसिस प्रतिक्रिया या वर्णित मार्ग का उपयोग एनएडीपी एकाग्रता की मात्रा पर निर्भर करता है⁺ साइटोसोल की मोटाई में।

पथ चक्र

नॉन-ऑक्सीडेटिव वैरिएंट पाथवे के सामान्य समीकरण के विश्लेषण से प्राप्त परिणामों को सारांशित करते हुए, हम देखते हैं कि पेंटोस फॉस्फेट मार्ग का उपयोग करके पेंटोस हेक्सोस से ग्लूकोज मोनोसेकेराइड में वापस आ सकते हैं। पेंटोस का हेक्सोज में बाद में रूपांतरण पेन्टोज फॉस्फेट चक्रीय प्रक्रिया है। विचाराधीन पथ और उसकी सभी प्रक्रियाएं, एक नियम के रूप में, वसा ऊतकों और यकृत में केंद्रित होती हैं। कुल समीकरण के रूप में वर्णित किया जा सकता है:

6 ग्लूकोज-6-फॉस्फेट+12nadp+2H2Oà12(NADPH+H⁺)+5 ग्लूकोज-6-फॉस्फेट+6 CO2.

गैर-ऑक्सीडेटिव प्रकार का पेंटोस फॉस्फेट मार्ग

पेंटोस फॉस्फेट मार्ग का गैर-ऑक्सीडेटिव चरण बिना ग्लूकोज को पुनर्व्यवस्थित कर सकता हैसीओ 2 को हटाना, जो एंजाइमी सिस्टम के कारण संभव है (यह शर्करा और ग्लाइकोलाइटिक एंजाइमों को पुनर्व्यवस्थित करता है जो ग्लूकोज-6-फॉस्फेट को ग्लिसराल्डिहाइड-3-फॉस्फेट में परिवर्तित करते हैं)।

लिपिड बनाने वाले यीस्ट के चयापचय का अध्ययन करते समय (जिसमें फॉस्फोफ्रक्टोकिनेस की कमी होती है, जो उन्हें ग्लाइकोलाइसिस का उपयोग करके C6H12O6 मोनोसैकेराइड को ऑक्सीकरण करने से रोकता है), यह पता चला है कि 20% की मात्रा में ग्लूकोज पेंटोस फॉस्फेट मार्ग का उपयोग करके ऑक्सीकरण से गुजरता है, और शेष 80% पथ के गैर-ऑक्सीडेटिव चरण में पुन: विन्यास से गुजरते हैं। वर्तमान में, इस प्रश्न का उत्तर अज्ञात है कि वास्तव में एक 3-कार्बन यौगिक कैसे बनता है, जो केवल ग्लाइकोलाइसिस के दौरान ही बनाया जा सकता है।

जीवित जीवों के लिए कार्य

जानवरों और पौधों, साथ ही सूक्ष्मजीवों में पेंटोस फॉस्फेट मार्ग का मूल्य लगभग समान है सभी कोशिकाएं एनएडीपीएच का एक कम संस्करण बनाने के लिए इस प्रक्रिया को निष्पादित करती हैं, जिसका उपयोग एक में हाइड्रोजन दाता के रूप में किया जाएगा। कमी-प्रकार की प्रतिक्रिया और हाइड्रॉक्सिलेशन। एक अन्य कार्य कोशिकाओं को राइबोज-5-फॉस्फेट प्रदान करना है। इस तथ्य के बावजूद कि पाइरूवेट और सीओ 2 के निर्माण के साथ मैलेट के ऑक्सीकरण के परिणामस्वरूप एनएडीपीएच का गठन किया जा सकता है, और आइसोसाइट्रेट के डिहाइड्रोजनेशन के मामले में, पेंटोस फॉस्फेट प्रक्रिया के कारण रिडक्टिव समकक्षों का उत्पादन होता है। इस मार्ग का एक अन्य मध्यवर्ती एरिथ्रोस-4-फॉस्फेट है, जो फ़ॉस्फ़ोएनोलपाइरूवेट्स के साथ संघनन के दौर से गुजर रहा है, ट्रिप्टोफैन, फेनिलएलनिन और टायरोसिन के गठन की शुरुआत करता है।

ऑपरेशनपेन्टोज़ फॉस्फेट मार्ग जानवरों में जिगर के अंगों में, दुद्ध निकालना के दौरान स्तन ग्रंथियों, वृषण, अधिवृक्क प्रांतस्था, साथ ही एरिथ्रोसाइट्स और वसा ऊतकों में मनाया जाता है। यह सक्रिय हाइड्रॉक्सिलेशन और पुनर्जनन प्रतिक्रियाओं की उपस्थिति के कारण है, उदाहरण के लिए, फैटी एसिड के संश्लेषण के दौरान, यकृत के ऊतकों में ज़ेनोबायोटिक्स के विनाश और एरिथ्रोसाइट कोशिकाओं और अन्य ऊतकों में सक्रिय ऑक्सीजन के रूप में भी देखा जाता है। इस तरह की प्रक्रियाएं एनएडीपीएच सहित विभिन्न समकक्षों की उच्च मांग उत्पन्न करती हैं।

आइए एरिथ्रोसाइट्स के उदाहरण पर विचार करें। इन अणुओं में, ग्लूटाथियोन (ट्रिपेप्टाइड) सक्रिय ऑक्सीजन रूप को निष्क्रिय करने के लिए जिम्मेदार होता है। ऑक्सीकरण से गुजरने वाला यह यौगिक हाइड्रोजन पेरोक्साइड को H2O में परिवर्तित करता है, लेकिन NADPH+H⁺ की उपस्थिति में ग्लूटाथियोन से कम भिन्नता में विपरीत संक्रमण संभव है। यदि कोशिका में ग्लूकोज-6-फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज का दोष है, तो हीमोग्लोबिन प्रमोटरों का एकत्रीकरण देखा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एरिथ्रोसाइट अपनी प्लास्टिसिटी खो देता है। उनका सामान्य कामकाज पेंटोस फॉस्फेट मार्ग के पूर्ण संचालन के साथ ही संभव है।

पौधे का उल्टा पेंटोस फॉस्फेट मार्ग प्रकाश संश्लेषण के अंधेरे चरण के लिए आधार प्रदान करता है। इसके अलावा, कुछ पौधों के समूह इस घटना पर काफी हद तक निर्भर हैं, जो उदाहरण के लिए, शर्करा के तेजी से अंतर-रूपांतरण आदि का कारण बन सकते हैं।

बैक्टीरिया के लिए पेंटोस फॉस्फेट मार्ग की भूमिका ग्लूकोनेट चयापचय की प्रतिक्रियाओं में निहित है। सायनोबैक्टीरिया इस प्रक्रिया का उपयोग किसके आधार पर करते हैंएक पूर्ण क्रेब्स चक्र की कमी। अन्य बैक्टीरिया विभिन्न शर्करा को ऑक्सीकरण के लिए उजागर करने के लिए इस घटना का फायदा उठाते हैं।

विनियमन प्रक्रियाएं

पेंटोस फॉस्फेट मार्ग का विनियमन कोशिका द्वारा ग्लूकोज-6-फॉस्फेट की मांग की उपस्थिति और साइटोसोल द्रव में NADP⁺ की एकाग्रता के स्तर पर निर्भर करता है। यह दो कारक हैं जो यह निर्धारित करेंगे कि उपरोक्त अणु ग्लाइकोलाइसिस प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करेगा या पेंटोस फॉस्फेट प्रकार मार्ग में। इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता की अनुपस्थिति पथ के पहले चरणों को आगे बढ़ने की अनुमति नहीं देगी। एनएडीपीएच के एनएडीपीएच⁺ में तेजी से स्थानांतरण के साथ, बाद वाले का एकाग्रता स्तर बढ़ जाता है। ग्लूकोज 6 फॉस्फेट डिहाइड्रोजनेज ऑलोस्टरिक रूप से उत्तेजित होता है और फलस्वरूप पेंटोस फॉस्फेट प्रकार मार्ग के माध्यम से ग्लूकोज 6 फॉस्फेट प्रवाह की मात्रा को बढ़ाता है। एनएडीपीएच की खपत को धीमा करने से एनएडीपी के स्तर में कमी आती है⁺, और ग्लूकोज-6-फॉस्फेट का निपटान होता है।

ऐतिहासिक डेटा

पेंटोस फॉस्फेट मार्ग ने अपना शोध पथ इस तथ्य के कारण शुरू किया कि सामान्य ग्लाइकोलाइसिस अवरोधकों द्वारा ग्लूकोज की खपत में बदलाव की कमी पर ध्यान दिया गया था। इस घटना के लगभग साथ ही, ओ वारबर्ग ने एनएडीपीएच की खोज की और ग्लूकोज-6-फॉस्फेट के ऑक्सीकरण को 6-फॉस्फोग्लुकोनिक एसिड में वर्णित करना शुरू किया। इसके अलावा, यह साबित हुआ कि C6H12O6, आइसोटोप ¹⁴C (C-1 के अनुसार चिह्नित) के साथ चिह्नित, ¹⁴CO2 की तुलना में अपेक्षाकृत तेजी से बदल गया। यह वही अणु है, लेकिन C-6 लेबल किया गया है। यह वही है जो इस दौरान ग्लूकोज के उपयोग की प्रक्रिया के महत्व को दर्शाता हैवैकल्पिक मार्गों की सहायता ये आंकड़े आई.के. 1995 में गांसालस।

निष्कर्ष

और इसलिए, हम देखते हैं कि विचाराधीन मार्ग का उपयोग कोशिकाओं द्वारा ग्लूकोज के ऑक्सीकरण के वैकल्पिक तरीके के रूप में किया जाता है और इसे दो विकल्पों में विभाजित किया जाता है जिसमें यह आगे बढ़ सकता है। यह घटना सभी प्रकार के बहुकोशिकीय जीवों में और यहां तक कि कई सूक्ष्मजीवों में भी देखी जाती है। ऑक्सीकरण विधियों का चुनाव विभिन्न कारकों पर निर्भर करता है, प्रतिक्रिया के समय कोशिका में कुछ पदार्थों की उपस्थिति।