Периоды

Принятый способ организации схемы позволяет сгруппировать вместе реакции моносахаридов с одинаковым числом атомов углерода в скелете. Эти участки, составленные в значительной степени конфигурационными реакциями, на карте определяются как периоды схемы метаболизма моносахаридов. Периоды располагаются в порядке возрастания числа атомов углерода в соединениях и в соответствии с этим пронумерованы арабскими цифрами. Всего на схеме насчитывается девять периодов.

Систематическая связь между периодами осуществляется реакциями главной последовательности. Поскольку эти реакции изменяют углеродный скелет моносахаридов как минимум на два атома углерода, соседние периоды оказываются связанными опосредованно через четвертый по отношению с ним период справа. Вертикальные участки стрелок, обозначающих реакции главной последовательности, разграничивают соседние периоды.

Прямая связь между пятым и шестым периодами осуществляется посредством горизонтальных реакций решетки УДФ-производных через соединения средней колонки решетки. Ввиду того, что УДФ-гексуроновые кислоты средней колонки претерпевают по вертикали превращения, сходные с превращениями неокисленных гексоз и пентоз, эта колонка выделена в особый подпериод 6' шестого периода.

Кроме соответствующих участков симметричных форм, каждому периоду свойственны свои специфические комплексы реакций. В шестом периоде это аналогичные колонкам решетки УДФ-производных последовательности реакций синтеза L- рамнозы [105, 157] и D-фукозы [184], а также последовательность реакций синтеза и распада инозита, соединяющая шестой период и подпериод 6'. В подпериоде 6' - последовательности реакций синтеза и распада аскорбиновой кислоты [27 с.124] и расщепления L-гулоната в D-ксилулозу [268], через которые осуществляется связь между шестым и пятым периодами. В пятом периоде - реакции эпимеризации: L-ксилулоза↔ L-рибулоза ↔ D-ксилулоза ↔D-рибулоза [27 с.131]. В третьем периоде - участок пути гликолиза, включающий реакции синтеза фосфоенолпирувата из D-глицерата и расщепления фосфоенолпирувата до пирувата. Характерными для второго, третьего и четвертого периодов являются реакции окисления соответственно гликолата, D-глицерата и мезотартрата в a-оксикислоты. Прямая связь между отмеченными периодами осуществляется посредством реакций декарбоксилирования этих кислот.

Ряды

Схема метаболизма моносахаридов на карте скомпонована таким образом, чтобы сохранить ряды функционально аналогичных соединений в периодических последовательностях (см. рис.3, 4) и ряды решетки УДФ-производных (см. рис.5). При этом ряды, имеющие общие для обоих типов симметричных форм соединения, совмещаются, дополняя друг друга. В тех же рядах в соответствии с признаком функциональной аналогичности размещаются кетозы и альдозы, образующиеся в конфигурационных реакциях. Полиолы выделены в самостоятельные ряды.

Симметрия размещения рядов решетки УДФ-производных относительно реакций эпимеризации на схеме не только сохранена, но и распространяется на ряды соединений, образующихся в конфигурационных реакциях. Соответствующие соединения верхних и нижних рядов отличаются тем, что первые имеют абсолютную трео-конфигурацию, а вторые абсолютную эритро-конфигурацию гидроксильных групп при третьем и четвертом атомах углерода. Это достигается определенным способом размещения циклических и линейных форм. Так, циклическая форма из конфигурационных реакций пентоз разрывается по D- и L-арабиту и соединения, составляющие ее половинки, размещаются в соответствующих верхних и нижних рядах схемы. При этом конфигурация гидроксильных групп у этих соединений такова, что допускает размещение каждого из них в обоих симметричных рядах полиолов. Линейная форма из конфигурационных реакций гексоз, включающая лишь соединения с трео-конфигурацией гидроксильных групп при третьем и четвертом атомах углерода, полностью размещается в верхних рядах схемы. Изученный участок циклической формы гексоз, состоящий из соединений с эритро-конфигурацией соответствующих гидроксилов, размещается в нижних рядах. Отдельные соединения предполагаемой циклической формы из конфигурационных реакций гептоз размещены в соответствии с их структурой в верхних или нижних рядах. Аналогично распределены октозы.

Использование в качестве отличительного признака моносахаридов абсолютных 3,4-трео- и 3,4-эритро-конфигураций гидроксилов вместо D-3,4-трео- и L-3,4-эритро-конфигураций, как это делалось в случае рядов решетки УДФ-производных, связано с образованием в линейных и циклических формах моносахаридов с D-3,4-трео- и D-3,4-эритро-конфигурациями гидроксилов, которые также необходимо было распределить между симметричными рядами схемы.

Таким образом, главными признаками функциональной аналогичности, на основании которых формируются ряды схемы метаболизма моносахаридов, являются наличие определенных функциональных групп при первых двух атомах углерода и абсолютная конфигурация гидроксильных групп при третьем и четвертом атомах углерода. Некоторое исключение из этого составляет размещение альдоз и соответствующих им альдоновых кислот в общих рядах.

Всего на схеме насчитывается 12 рядов. Названия рядов приведены слева. В порядке следования - это ряд кетозо-1-фосфатов и бисфосфатов кетоз, образующихся в результате альдолазных реакций, ряды полиолов, кетоз и альдоз, составленные трео-производными из соответствующих участков линейных и циклических симметричных форм, ряды альдозо-1-фосфатов и УДФ-альдоз верхней части решетки УДФ-производных и начальных соединений последовательности реакций биосинтеза N-ацетилгалактозамина. Производные уроновых кислот периода 6' заключаются в ряды как аналоги соответствующих альдоз. Названия следующих пяти рядов повторяют в обратном порядке названия предыдущих. Последний ряд, симметричный ряду кетозо-1-фосфатов и бисфосфатов, не выделен, так как представлен единственным соединением - рибулозо-1,5-бисфосфатом.

Особое место на схеме занимает ряд 2-кето-3-дезоксиальдоновых кислот. Поскольку этот ряд, кроме 2-кето-3-дезоксиальдоновых кислот дополнительной последовательности, включает аналогичные кислоты, образующиеся в результате изомеризации размещенных в симметричных рядах альдозальдоновых и сахарных кислот, он располагается в средней части схемы на уровне реакций эпимеризации УДФ-производных. В этом же ряду приведены названия альдоз, которые в случае низших 2-кето-3-дезоксиальдоновых кислот являются продуктами их расщепления, а в случае высших - субстратами в реакциях их биосинтеза. Другая особенность этого ряда состоит в том, что через три левых его соединения: пируват, оксалоацетат и 2-кето-3-дезокси-L-арабинат - осуществляется прямая связь со средней областью карты. При этом последнее соединение превращается в a-кетоглутарат [91, 247].

Наряду с высокоспецифичными ферментами в сети реакций метаболизма моносахаридов имеются неспецифичные ферменты, которые могут катализировать сходные реакции у целого класса функциональных аналогов. Реакции между противостоящими соединениями рядов, катализируемые неспецифичными ферментами, на схеме изображены в виде жирных стрелок, соединяющих названия рядов слева. Это реакции отщепления фосфата у кетоз и альдоз, катализируемые фосфогидролазой сахаров, реакции взаимопревращений альдоз и полиолов, катализируемые альдозоредуктазой, и реакции замещения фосфата при первом атоме углерода у альдоз на уридиндифосфат, катализируемые уридинтрифосфатглико-1-фосфат-трансферазами.