Введение
Глюкоза-6-фосфат (G6P, иногда называемый эфиром Робисона) — это глюкозный сахар, фосфорилированный по гидроксильной группе у шестого атома углерода. Этот дианион широко распространен в клетках, поскольку большая часть глюкозы, поступающей в клетку, фосфорилируется именно таким образом. Благодаря своей ключевой роли в клеточной химии, глюкоза-6-фосфат может подвергаться различным превращениям внутри клетки. Он является отправной точкой двух основных метаболических путей: гликолиза и пентозофосфатного пути. Помимо этих двух путей, глюкоза-6-фосфат может также превращаться в гликоген или крахмал для запасания. Запасание происходит в печени и мышцах в форме гликогена у большинства многоклеточных животных, а у большинства других организмов – в виде внутриклеточного крахмала или гранул гликогена.
Из глюкозы
Внутри клетки глюкоза-6-фосфат образуется в результате фосфорилирования глюкозы по шестому атому углерода. Эта реакция катализируется ферментом гексокиназой в большинстве клеток, а у высших животных – глюкокиназой в определенных клетках, особенно в клетках печени. В ходе этой реакции расходуется один эквивалент АТФ. Главная причина немедленного фосфорилирования глюкозы заключается в предотвращении её диффузии из клетки. Фосфорилирование присоединяет заряженную фосфатную группу, из-за чего глюкоза-6-фосфат не может легко проходить через клеточную мембрану.
Из гликогена
Глюкозо-6-фосфат также образуется во время гликогенолиза из глюкозо-1-фосфата, являющегося первым продуктом расщепления полимеров гликогена.
Пентазофосфатный путь
Когда соотношение NADP+ к NADPH увеличивается, организму требуется больше NADPH (восстановителя для ряда реакций, таких как синтез жирных кислот и восстановление глутатиона в эритроцитах). Это приводит к дегидрированию G6P до 6-фосфоглюконата под действием глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Глюкозо-6-фосфат сначала изомеризуется в фруктозо-6-фосфат фосфоглюкозоизомеразой, которая использует магний в качестве кофактора. Эта реакция преобразует глюкозо-6-фосфат во фруктозо-6-фосфат в преддверии фосфорилирования до фруктозо-1,6-бисфосфата. Присоединение второй фосфатной группы для образования фруктозо-1,6-бисфосфата – необратимый этап, и поэтому он используется для необратимого направления расщепления глюкозо-6-фосфата с целью обеспечения энергии для производства АТФ посредством гликолиза.
Хранение в виде гликогена
Если уровень глюкозы в крови высок, организму необходим способ запасать избыточную глюкозу. После превращения в G6P, молекула может быть преобразована в глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы. Глюкозо-1-фосфат затем может соединяться с уридинтрифосфатом (UTP) с образованием UDP-глюкозы, что обеспечивается гидролизом UTP с высвобождением фосфата. Активированная UDP-глюкоза может присоединяться к растущей молекуле гликогена с помощью гликогенсинтазы. Это очень эффективный механизм хранения глюкозы, поскольку для запасания одной молекулы глюкозы организму требуется всего 1 АТФ и практически не требуется энергии для ее извлечения из хранилища. Важно отметить, что глюкозо-6-фосфат является аллостерическим активатором гликогенсинтазы, что логично, поскольку при высоком уровне глюкозы организм должен запасать избыток глюкозы в виде гликогена. С другой стороны, гликогенсинтаза ингибируется при фосфорилировании белковой киназой в условиях сильного стресса или низкого уровня глюкозы в крови, посредством гормональной индукции глюкагоном или адреналином. Когда организму нужна глюкоза для получения энергии, гликогенфосфорилаза, с помощью ортофосфата, может отщеплять молекулу от цепи гликогена. Отщепленная молекула находится в форме глюкозо-1-фосфата, который может быть преобразован в G6P под действием фосфоглюкомутазы. Далее фосфорильная группа на G6P может быть удалена глюкозо-6-фосфатазой, в результате чего образуется свободная глюкоза. Эта свободная глюкоза может проходить через мембраны и попадать в кровоток для транспортировки в другие части тела.
Дефосфорилирование и высвобождение в кровоток
Клетки печени экспрессируют трансмембранный фермент глюкозо-6-фосфатазу в эндоплазматическом ретикулуме. Каталитический центр расположен на люменальной стороне мембраны и удаляет фосфатную группу с глюкозо-6-фосфата, образующегося в процессе гликогенолиза или глюконеогенеза. Свободная глюкоза транспортируется из эндоплазматического ретикулума посредством GLUT7 и высвобождается в кровоток через GLUT2 для поглощения другими клетками. Мышечные клетки не содержат этот фермент, поэтому миофибриллы используют глюкозо-6-фосфат в собственных метаболических путях, таких как гликолиз. Важно отметить, что это предотвращает высвобождение миоцитами в кровь запасов гликогена, накопленных ими.