1-mavzu: XILL reaksiyasi va uning mexanizmi

18-MAVZU: OKSIDLANISHNING PENTOZAFOSFAT YO’LI
Nafas olishning pentozofosfat yo'li O.Varburg va V.Engelgardt (1935-1938) hamda keyinchalik F.Lipman tomonidan yaxshi o'rganilgan. Bu jarayon glukoza-6-fosfatning oksidlanishidan boshlanadi va C0₂ ajralib 5 uglerodli birikma hosil bo'ladi. Shuning uchun u bu yo'lni apotomik parchalanish ham deb ataladi.
Olimlar tomonidan ko'rsatilishicha, nafas olishning pentozofosfat
yo'li hujayra sitoplazmasining eruvchan qismida ketadi. Ushbu jarayon,
shuningdek, xloroplastlar va proplastidlarda ham ketishi mumkin. Nafas
olishning pentozofosfat yo'li jadalligi ayniqsa membrananing lipid
birikmalari, nuklein kislotalar, hujayra devori, fenol birikmalari
sintezlanayotgan joylarda yuqori bo'ladi. Pentozofosfat yo'li ham xuddi
Krebs sikli singari siklik jarayondir. Chunki, glukozaning oksidlanishi
nafas olishning pentozofosfat yo'li birinchi birikmasi bo'lgan glukoza-6- fosfatdan boshlanadi. Ushbu siklning yana bir o'ziga xos tomoni ATF
faqatgina glukozaning glukoza-6-fosfatga aylanishida qatnashadi.
Ammo bu siklning hech bir qismida ATF hosil bo'lmaydi (VII 6-rasm).
Pentozofosfat siklni ikki qismga bo'lib qarash mumkin: 1) glukozaning oksidlanishi, 2) birlamchi substratning regeneratsiyasi uchun qandlarning rekombinatsiyasi.
Birinchi bosqichda glukoza-6-fosfat oksidlanib, 6-fosfoglukonolaktat
va qaytarilgan NADFH hosil bo'ladi. Suv yordamida 6-fosfogluko-
nolakton 6-fosfoglukonat kislotasiga aylanadi. So'ngra dekarboksillanib
pentozofosfat (D-ribulozo-5-fosfat) hosil qiladi. Bunda C0₂ va NADFH
hosil bo'ladi. Bir atom uglerodning oksidlanishi 2 mol NADFH hosil
bo'iishiga olib keladi.
Keyingi 2-bosqichda ribuloza-5-fosfat hosilalari, riboza va ksiluloza-
5-fosfat birikmalariga aylanadi. Ular transketolaza va aldolaza fermenti
ishtirokida sedogeptuloza-7-fosfat va 3 FGA aylanadi. Ulardan eritroza-
4-fosfat va fruktoza-6-fosfat hosil bo'ladi. Fruktoza-6-fosfat izomerlanib
glukozo-6-fosfatga aylanadi.
Umuman pentozofosfat siklda 6 molekula glukoza-6-fosfatdan 6
molekula ribulozo-5-fosfat va 6C0₂ hosil bo'ladi. So'ngra 6 molekula
ribulozo-5-fosfat regeneratsiyalanib 5 molekula glukoza-6-fosfat hosil
qiladi. Ushbu siklning har bir aylanishi uchun umumiy reaksiyani
quyidagicha yozish mumkin:
6 glukoza-6-fosfat + 12 NADFH⁺+ 7 H₂0 —
5 glukozo-6-fosfat + 6C0₂ + 12 NADFH + 12 H⁺ + H3PO4

Pentozofosfat nafas olish yo'lining encrgctikasi va uning

moddalar almashinuvidagi o'rni. Shuni aytib o'tish lozimki, nafas
olishning elektron tashuvchi zanjirida vodorodning universal donori
bo'lib NADH xizmat qiladi. O'simlik to'qimalarida ushbu birikmaning
miqdori NADFH birikmasiga nisbatan doimo yuqori bo'ladi. Muqobil
sharoitda o'simlik to'qimalari hujayralaridagi NADF⁺, NADFH birikmasining qaytarilgan holatida bo'ladi. Ammo NAD⁴ oksidlangan holatda bo'ladi.
Izlanishlarda tasdiqlanishicha NADH birikmasiga nisbatan NADFH
sekin oksidlanadi. Agarda substratlarning oksidlanishi natijasida,
masalan. glukoza-6-fosfatning apotomik oksidlanishidagi kabi, to
vodorod atomlari elektrontashuvchi zanjirga kirishidan oldin
transgidrogenaza reaksiyasidagi kabi NAD⁺ birikmasiga berilishi lozim.
Agarda gIukoza-6-fosfatning nafas olishning pentozofosfat yo'lidagi
kabi barcha 12 juft elektron NADFH molekulasidan elektron tashuvchi
zanjirda kislorodga uzatilganda, nafas olish zanjirida NADFH oksidlanib
3 mol ATF hosil qilishi sababli. yuqoridagi jarayonda 36 mol ATH hosil
bo'ladi (3 ATF x 12 q 36 ATF). Buning energiyasi 41,868 kJ x 36 q
1507 kJ/mol demakdir. Amaliy jihatdan ushbu ko'rsatkich glukozaning
nafas olish jarayonida dixotomik yo'l (glikoliz va Krebs sikli) bilan
oksidlangandagi energiyasiga tengdir (38 mol. ATF=159I kJ/mol).
Biroq nafas olishning pentozofosfat yo'lining asosiy mohiyati uning
hujayra encrgetik almashinuvda qatnashish emas balki hujayralardagi
plastik almashinuvda qatnashishidir. Pentozofosfat yo'lning plastik
almashinuvda qatnashishi bir necha jabhalardan iboratdir:
1.Ma'lumki, NADFH asosan birqancha sintetik reaksiyalarda
qatnashadi. Nafas olishning pentozofosfat yo'li (NOPY) esa yog*
kislotalari sintezi, yog'lar, izoprenoidlar, piruvatning qaytarilishi
karboksillanishi, nitratlar va sulfatlar va boshqa bir qancha
birikmalarning qaytariiishi uchun zarur bo'lgan NADFH birikmasining
xloroplastlar va mitoxondriyalardan tashqarida hosil bo'lishining asosiy
manbasi hisoblanadi. Shuningdek, NADFH hujayradagi CH-
birikmalarining qaytarilishi jarayonini muqobil ushlab turishda
qatnashadi. Chunki u glutationning birlamchi qaytaruvchisi hisoblanadi.
2.NOPY jarayonida nuklein kislotalar va tiirli nukleotidlar
(piridinlar, flavinlar, adenilat va boshq.) tarkibiga kiruvchi pentozalar
sintezlanadi. Shuni aytib o'tish lozimki, hayvonlar va boshqa geterotrof
organizmlarda ribozalar va dezoksiribozalar hosil bo'Iishida
qatnashuvchi pentozalar hosil bo'lishining birdan-bir yo'li bu NOPY
usulidir. Ribozalar ATF, GTF, UTF va boshqa nukleotidlarning sintezi
uchun zarurdir. Kofermentlar, NAD¹, NADF⁺, FAD. koenzim-A ham
nukletidlardir va ularning tarkibiga ham riboza kiradi.
3.NOPY hujayra metabolik jarayonlari uchun zarur bo'lgan
uglerodning Cj-C₇ birikmalari hosil bo'Iishida katta ahamiyatga ega.
Masalan, NOPY jarayonida hosil bo'luvchi eritroza-4-fosfat hujayra
devorlari lignin moddasi. dubil hamda o'stiruvchi moddalar,
aroinatik aminokislotalar, vita'minlar sintezlanishida zarur bo'l-
gan va ko'pchilik aromatik birikmalarning hosiladori bo'lmish
shikim kislotasining sintezi uchun zarurdir.
4.NOPY hosilalari, Masalan, ribulozo-5-fosfat va NADFH, CO2
moddasining qorong'ulikda fiksatsiyalanishida qatnashadi. NOPY
tabiatan Kalvinning fotosintetik siklining o'girilgan shaklidir.
l-oiosintezdagi Kalvin siklida qatnashuvchi o'n beshta reaksiyadan
faqatgina ikkitasi NOPY va glikoliz jarayonlariga uchramaydi xolos.
5.Xloroplastlarda oksidlanishli NOPY qorong'ulikda ro'y beradi. Bu
esa yorug'lik yetishmaganda miqdoriy o'zgarib ketishi mumkin
bo'lgan NADFH miqdorining kcskin o'zgarishini oldini olib uning miqdorini muqobil darajada ushlab turadi. Bundan tashqari ushbu siklda hosil bo'luvchi triozofosfatlar xloroplastlarda 3-FGK aylanadi. Bu birikma esa qorong'ulikda hujayradagi ATF miqdoriy darajasini ushlab turadi.
Yuqorida keltirilgan ma’lumotlardan ko'rinib turibdiki, NOPY
mobaynida glukozaning oksidlanishi 12 bosqich reaksiyalardan iborat.
Solishtirish uchun aytish lozimki, glukozaning dixoiomik (glikolitik)
pirouzum kislotasini hosil qilish, so'ngra ikki va uchkarbon kislotalari
hosil qilish yo'li bilan oksidlanishi jarayoni bosqichlari 30 va undan
ortiqdir.
Binobarin, glukoza-6-fosfatning NOPY jarayonidagi oksidlanishi
bosqichlari har doim ham hujayrada oxirigacha ketmasligi mumkin.
Ko'pchilik hollarda NOPY jarayoni bosqichlarining birida u glikolitik
yo'lga o'tib ketishi mumkin. Masalan, mana shunday bosqichlardan biri
transketolaz reaksiyasi bo'lishi, bunda esa ksiloza-5-fosfat va eritroza-4-
fosfat glikoliz va NOPY jarayonlarining umumiy substratlari bo'lgan,
fruktoza-6-fosfatga hamda 3-FGK aylanishi mumkin.
Qandlarning oksidlanishi to'g'risida gap kctganda ayrim
bakteriyalar, zamburug'lar, hayvonlar hamda fotosintezlovchi dengiz
suv o'tlarida kuzatilgan qandlarning to'g'ridan-to'g'ri oksidlanishi
(QTTO) mumkinligini ham etiborga olish lozim. Bunda glukoza nafas
olishning glikolitik yo'lidagi kabi geksozaning ikki marotaba
fosforlanishi yoki pentozofosfat yo'lidagi kabi bir marotaba fosforlanib
so'ngra oksidlanniasdan to'g'ridan-to'g'ri oksidlanadi. Ammo yuksak
o'simliklarda qandlarning to'g'ridan-to'g'ri oksidlanishi haqida
ishonarli dalillar hozircha yo'q.
Biz nafas olishning sikllari-glikoliz, ikki va uchkarbon kislotalar
NOPY hamda qandlarning to'g'ridan-to'g'ri oksidlanishi jarayonlari
orasidagi bog'liqlikni qo'yidagi sxcma orqali ifoda qilishimiz mumkin:
Biz yuqorida kcltirganimiz glikoliz, NOPY va QTTO jarayoni
orasidagi bog'liqlik glukonat kislotasi va fosfouchliklar orqali amalga
oshadi.
Hujayradagi glikoliz. va NOPY bir-biridan fazoviy chcgaralannugan.
Ushbu jarayonlar proplastidlar, xloroplastlar va sitoplazmaning
emvchan qismida ro'y beradi. Ularning substratlari umumiy dir. ya'ni
glukoza-6-fosfat, firuktoza-6-fosfat va 3-fosfoglitserinaldegiddir.
Muqobil sharoitda NOP yo'lining umumiy nafas olish jarayonidagi
hissasi 10-40% atrofida va u to'qimalarning tipiga hamda funksional
faolligiga bog'liqdir. Anucrob sharoitlarda glikoliz NOPY nisbatan
ustundir. Ammo xloroplastlarda apotomik oksidlanishning faolligi glikolizga nisbatan birmuncha yuqoridir.
Sitoplazmada NOPY ko'pgina mahsulotlari glikoliz orqali metabolik jarayonlarga kirishadi. Noqulay sharoitlarda. Masalan, qurg'oqchilik, kaliy yetishmasligida, infcksiya tushganda, qorong'ulikda, sho'rlanishda va qarish jarayonlarida NOPY faolligi ortadi.
Nafas olishning elektrontashuvchi zaajiri va okstdlanishli
fosforirlanish. Krebs sikli, glioksilat va pentozofosfat yo'llar faqatgina
yctarli darajada kislorod bo'lsagina borishi mumkin. Shuning bilan bir
vaqtda ushbu sikllarda O₂ bilvosita qatnashmaydi. Xuddi shuningdck.
Krebs siklida substratli fosforirlanish natijasida suksinil Co-A darajasida
hosil bo'ladigan ATF ni hisobga olmaganda ushbu sikllarda ATF ham
sintezlanmaydi. Kislorod nafas olishning oxirgi bosqichida
mitoxondriyalardagi clcktrontashuvchi zanjirda (ETZ) qaytarilgan
NADH va FADH_: birikmalarining oksidlanishi bilan bog'liq jarayonlar
uchun zarurdir. Xuddi shuningdek. ATF sintezi ham ETZ bo'ylab
elektronlar tashiluvi bilan bog'liq.
Nafas olishning ETZ mitoxondriyalaming ichki mcmbranasida
joylashgan bo'lib, qaytarilgan substratlardan elcktronlami kislorodga
o'tkazilishini ta'minlashga xizmat qiladi. Ushbu jarayon esa o'z
navbatida H+ ionlarini transmcmbranali uzatilishi bilan birga boradi.
Binobarin mitoxondriyalaming ETZ xuddi tilakoidlardagi singari
H+-pompasiningoksidlanishli-qaytarilishi vazifasini bajaradi.
O'tgan asming oxirlarida B.Shans va boshq. (AQSh) shu davrdagi
elektron toshuvchilar oksidlanishli-fosforirlanish potcnsiallaridan va
ulaming vnqtinchalik qaytarilishi spektrofotomctrik natijalaridan hamda
ingibitorlar analuidan foydalanib, mitoxondriyadagi ETZ kompo-
nentlarini quyidagicha joylashtirishgan:
Demak, NADH yoki suksinatdan bir juft elektron ETZ bo'ylab
kislorodgacha ko'chiriladi va u qaytarilib hamda ikkita protonni
biriktirib suvni hosil qiladi.
Keyinchalik D.Grin (1961) mitoxondriyalar membranasidagi barcha
elektron tashuvchilar, asosan, to'rtta majmuaga birikkan degan fikrga
kelgan. So'ngi ilmiy izlanishlar ushbu nazariyani tasdiqlagan. ETZ
asosiy komponentlarining tarkibi va xossalari hamda ularning
majmualari quyidagi jadvalda keltirilgan (VH.l-jadval).
Hozirgi zamon fani ma'lumotlariga qaraganda mitoxonlriyalarning
nafas olish zanjiri asosiy to'rtta kichik fermentli tizimlarni va molekular
massasi bo'yicha uncha yirik bo'lmagan ikkita-ubixinon va sitoxrom
majmualarini o'z ichiga oladi (VI1.7-rasm).