DIHYDROXYACETON FOSFÁT (DHAP): CHARAKTERISTIKA A POUŽITIE - CHÉMIA - 2026

Fosfát dihydroxyaceton je chemická zlúčenina podľa skratiek skrátených DHAP. Je to medziprodukt v niektorých metabolických dráhach živých organizmov, ako je glykolytická degradácia alebo glykolýza, ako aj v Calvinovom cykle v rastlinách.

Biochemicky je DHAP produktom pôsobenia enzýmu aldolázy na fruktózu-1,6-bisfosfát (FBP), ktorý spôsobuje rozpad aldolytov, čo vedie k vzniku dvoch trojmocných zlúčenín: DHAP a glyceraldehyd 3-fosfátu (GAP). ,

Zdroj: David T. Macpherson

V Calvinovom cykle aldoláza vykonáva reverznú reakciu, pričom kondenzuje molekuly DHAP s molekulami GAP za vzniku hexózy.

vlastnosti

DHAP je klasifikovaný v rámci molekúl známych ako ketotriózy. Sú to monosacharidy tvorené reťazcom troch uhlíkov (triózy) s karbonylovou skupinou na centrálnom uhlíku (C2).

GAP a DAHP sú funkčné izoméry a tvoria najjednoduchšie sacharidy v biologicky aktívnych organických molekulách.

Hoci chemická štruktúra mnohých bežných uhľohydrátov, ako sú GAP a DHAP, sú aldehydy a ketóny, uvádza sa pod pojmom uhľohydráty, čo sa týka priamych derivátov sacharidov.

DHAP pri glykolýze

Pri glykolýze séria reakcií degraduje glukózu na pyruvát. K tejto degradácii dochádza postupne v 10 po sebe idúcich krokoch, kde interagujú rôzne enzýmy a vznikajú rôzne medziprodukty, z ktorých všetky sú fosforylované.

DHAP sa vyskytuje pri glykolýze vo štvrtej reakcii tohto procesu, ktorá spočíva v rozklade FBP na dva uhľohydráty troch uhlíkov (triózy), z ktorých iba GAP pokračuje v glykolýze, zatiaľ čo DHAP potrebuje byť transformovaný do GAP, aby nasledoval túto cestu.

Táto reakcia je katalyzovaná aldolázou (fruktózo-bisfosfát-aldolázou), ktorá vykonáva aldolové štiepenie medzi uhlíkmi C3 a C4 v FBP.

Táto reakcia nastáva iba vtedy, ak má rozdelená hexóza karbonylovú skupinu na C2 a hydroxylovú skupinu na C4. Z tohto dôvodu k izomerizácii glukóza-6-fosfátu (G6P) na fruktózu 6-fosfát (F6P) dochádza skôr.

DHAP sa tiež podieľa na piatej reakcii glykolýzy, čo je jeho izomerizácia na GAP enzýmom trióza fosfát izomeráza alebo TIM. Touto reakciou sa dokončí prvá fáza degradácie glukózy.

Aldolázová reakcia

Pri štiepení aldolu sa získajú dva medziprodukty, pričom DHAP tvorí v rovnovážnom stave 90% zmesi.

Existujú dva typy aldoláz: a) aldoláza typu I je prítomná v živočíšnych a rastlinných bunkách a vyznačuje sa tvorbou Schiffovej bázy medzi enzymaticky aktívnym miestom a karbonylom FBP. b) Aldolaza typu II sa nachádza v niektorých baktériách a plesniach, má kov v aktívnom mieste (zvyčajne Zn).

Štiepenie aldolu začína adhéziou substrátu na aktívne miesto a odstránením protónu z p-hydroxylovej skupiny, čím sa vytvorí protónovaná Schiffova báza (iminiový katión). Rozklad uhlíkov C3 a C4 vedie k uvoľňovaniu GAP a tvorbe medziproduktu nazývaného enamín.

Enamín sa následne stabilizuje, čím sa vytvorí imíniový katión, ktorý sa hydrolyzuje, čím sa DHAP nakoniec uvoľní a regeneruje sa voľný enzým.

V bunkách s aldolázou typu II nedochádza k tvorbe Schiffovej bázy, čo je kovový dvojmocný katión, obvykle Zn2 ⁺ , ktorý stabilizuje enamínový medziprodukt, aby sa uvoľnil DHAP.

Reakcia TIM

Ako už bolo uvedené, rovnovážna koncentrácia DHAP je vyššia ako rovnovážna koncentrácia GAP, takže molekuly DHAP sa transformujú na GAP, ktorý sa používa v nasledujúcej glykolýze.

Táto transformácia nastáva vďaka enzýmu TIM. Toto je piata reakcia procesu glykolytickej degradácie a uhlíky C1 a C6 glukózy sa v tomto prípade stávajú uhlíkmi C3 GAP, zatiaľ čo uhlíky C2 a C5 sa stávajú C2 a C3 a C4 glukózy. stávajú sa C1 GAP.

Enzým TIM sa považuje za „dokonalý enzým“, pretože difúzia riadi rýchlosť reakcie, čo znamená, že produkt sa vytvára rovnako rýchlo, ako sa aktívne miesto enzýmu a jeho substrát spájajú.

Pri reakcii transformácie DHAP na GAP sa vytvára medziprodukt nazývaný enediol. Táto zlúčenina je schopná vzdať sa protónov hydroxylových skupín zvyšku aktívneho miesta enzýmu TIM.

DHAP v Calvinovom cykle

Kalvinov cyklus je cyklus fotosyntetickej redukcie uhlíka (PCR), ktorý predstavuje temnú fázu procesu fotosyntézy v rastlinách. V tomto štádiu sa produkty (ATP a NADPH) získané v ľahkej fáze procesu používajú na výrobu uhľohydrátov.

V tomto cykle sa vytvorí šesť molekúl GAP, z ktorých dve sa vďaka pôsobeniu enzýmu TIM transformujú na DHAP pomocou inverznej reakcie, ktorá sa vyskytuje pri degradácii glykolýzy. Táto reakcia je reverzibilná, aj keď rovnováha je v prípade tohto cyklu a na rozdiel od glykolýzy posunutá smerom ku konverzii GAP na DHAP.

Tieto DHAP molekuly môžu potom nasledovať dvoma cestami, jedna je aldolová kondenzácia katalyzovaná aldolázou, v ktorej kondenzuje s GAP molekulou za vzniku FBP.

Druhou reakciou, ktorú môže jeden z DHAP uskutočniť, je hydrolýza fosfátov katalyzovaná sedoheptuulózou bisfosfatázou. Pri poslednom uvedenom postupe reaguje s erytrózou za vzniku sedoheptuulózy 1,7-bisfosfátu.

DHAP v glukoneogenéze

Pri glukoneogenéze sa niektoré neglucidické zlúčeniny, ako je pyruvát, laktát a niektoré aminokyseliny, premieňajú na glukózu. V tomto procese sa DHAP opäť objavuje prostredníctvom izomerizácie molekuly GAP pôsobením TIM a potom prostredníctvom aldolovej kondenzácie sa stáva FBP.

Referencie

1. Bailey, PS, a Bailey, CA (1998). Organická chémia: koncepcie a aplikácie. Ed. Pearson Education.
2. Devlin, TM (1992). Učebnica biochémie: s klinickými koreláciami. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH, a Grisham, CM (2008). Biochémie. Ed. Thomson Brooks / Cole.
4. Nelson, DL, a Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4. vydanie. Ed Omega. Barcelona.
5. Rawn, JD (1989). Biochemistry (No. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochémie. Panamerican Medical Ed.