DIHYDROXYACETON FOSFAT (DHAP): EGENSKAPER OG ANVENDELSER - KJEMI - 2025

Den fosfat dihydroksyaceton er en kjemisk forbindelse under forkortelsene forkortede DHAP. Det er et mellomprodukt i noen metabolske veier for levende organismer, for eksempel glykolytisk nedbrytning eller glykolyse, så vel som i Calvin-syklusen i planter.

Biokjemisk er DHAP et produkt av virkningen av et aldolaseenzym på fruktose-1,6-bisfosfat (FBP), noe som forårsaker et aldolytisk nedbrytning som resulterer i to tre-karbonforbindelser: DHAP og glyceraldehyd 3-fosfat (GAP) .

Kilde: David T. Macpherson

I Calvin-syklusen utfører aldolase den omvendte reaksjonen, kondenserer DHAP-molekyler med GAP-molekyler for å danne en heksose.

kjennetegn

DHAP er klassifisert i molekylene kjent som ketotrioses. Dette er monosakkarider som består av en kjede med tre karbonatomer (trioser) med karbonylgruppen ved det sentrale karbon (C2).

GAP og DAHP er funksjonelle isomerer og utgjør de enkleste karbohydratene innen biologisk aktive organiske molekyler.

Selv om den kjemiske strukturen til mange vanlige karbohydrater som GAP og DHAP er aldehyder og ketoner, får de betegnelsen karbohydrat, og refererer til direkte derivater av sakkarider.

DHAP i glykolyse

Ved glykolyse nedbryter en serie reaksjoner glukose til pyruvat. Denne nedbrytningen skjer gradvis i 10 påfølgende trinn, der forskjellige enzymer griper inn og det produseres en rekke mellomprodukter, som alle er fosforylerte.

DHAP vises i glykolyse i den fjerde reaksjonen av denne prosessen, som består i nedbryting av FBP i to karbohydrater av tre karbonatomer (trioser), hvorav bare GAP fortsetter glykolysesekvensen, mens DHAP trenger bli omgjort til GAP for å følge denne ruten.

Denne reaksjonen blir katalysert av en aldolase (fruktosebisfosfat aldolase), som utfører en aldol-spaltning mellom C3 og C4-karbonatene i FBP.

Denne reaksjonen skjer bare hvis heksosen som skal deles har en karbonylgruppe ved C2 og en hydroksyl ved C4. Av denne grunn har isomerisering av glukose-6-fosfat (G6P) til fruktose 6-fosfat (F6P) skjedd tidligere.

DHAP er også involvert i den femte reaksjonen av glykolyse, og omhandler dens isomerisering til GAP av enzymet triose fosfatisomerase eller TIM. Med denne reaksjonen er den første fasen av glukosedegradering fullført.

Aldolase-reaksjon

Ved aldol-nedbrytningen produseres to mellomprodukter, der DHAP utgjør 90% av blandingen ved likevekt.

Det er to typer aldolaser: a) aldolase type I er til stede i dyre- og planteceller og er preget av dannelsen av en Schiff-base mellom det enzymatiske aktive setet og karbonylen i FBP. b) Aldolase type II finnes i noen bakterier og sopp, den har et metall på det aktive stedet (generelt Zn).

Aldol-spaltingen begynner med vedheft av underlaget til det aktive setet og fjerning av et proton fra p-hydroksylgruppen, og danner den protonerte Schiff-basen (iminjon kation). Nedbryting av C3- og C4-karbonatomer gir frigjøring av GAP og dannelse av et mellomprodukt kalt enamin.

Deretter stabiliseres enaminen, som det dannes en iminiumkation som hydrolyseres, med hvilken DHAP til slutt frigjøres og det frie enzymet således regenereres.

I celler med type II aldolase forekommer ikke dannelsen av Schiffs base, og er en metallisk divalent kation, generelt Zn ²⁺ , som stabiliserer enamin-mellomproduktet for å frigjøre DHAP.

TIM-reaksjon

Som nevnt er likevektskonsentrasjonen av DHAP høyere enn for GAP, slik at DHAP-molekyler blir transformert til GAP ettersom sistnevnte blir brukt i den følgende glykolysereaksjon.

Denne transformasjonen skjer takket være TIM-enzymet. Dette er den femte reaksjonen på den glykolytiske nedbrytningsprosessen, og i den blir C1 og C6 karbonatene av glukose til C3-karbonatene i GAP, mens C2 og C5-karbonene blir C2 og C3 og C4 av glukose de blir C1 av GAP.

TIM-enzymet regnes som det "perfekte enzymet" fordi diffusjon styrer reaksjonshastigheten, noe som betyr at produktet blir dannet like raskt som enzymets aktive sted og dets underlag kommer sammen.

I reaksjonen med transformasjon av DHAP til GAP dannes et mellomprodukt kalt enediol. Denne forbindelsen er i stand til å gi fra seg protonene fra hydroksylgruppene til en rest av det aktive setet til TIM-enzymet.

DHAP i Calvin-syklusen

Calvin-syklusen er den fotosyntetiske karbonreduksjonssyklus (PCR) som utgjør den mørke fasen av fotosynteseprosessen i planter. I dette stadiet blir produktene (ATP og NADPH) oppnådd i lysfasen av prosessen brukt til å lage karbohydrater.

I denne syklusen dannes seks GAP-molekyler, hvorav to blir transformert til DHAP ved isomerisering, takket være virkningen av TIM-enzymet, i en invers reaksjon på den som oppstår i nedbrytningen av glykolyse. Denne reaksjonen er reversibel, selv om likevekten, i tilfelle av denne syklusen, og i motsetning til glykolyse, blir forskjøvet mot konvertering av GAP til DHAP.

Disse DHAP-molekylene kan deretter følge to veier, den ene er en aldolkondensasjon katalysert av en aldolase, der den kondenserer med et GAP-molekyl for å danne FBP.

Den andre reaksjonen som en av DHAP-ene kan ta er en fosfathydrolyse katalysert av en sedoheptulose-bisfosfatase. På sistnevnte måte reagerer den med en erytrose for å danne sedoheptulose 1,7-bisfosfat.

DHAP ved glukoneogenese

Ved glukoneogenese blir noen ikke-glukidiske forbindelser som pyruvat, laktat og noen aminosyrer omdannet til glukose. I denne prosessen vises DHAP igjen gjennom isomerisering av et GAP-molekyl ved virkning av TIM, og deretter gjennom en aldolkondensasjon blir det FBP.

referanser

1. Bailey, PS, & Bailey, CA (1998). Organisk kjemi: konsepter og applikasjoner. Ed. Pearson Education.
2. Devlin, TM (1992). Lærebok for biokjemi: med kliniske korrelasjoner. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokjemi. Ed. Thomson Brooks / Cole.
4. Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4. utgave. Ed Omega. Barcelona.
5. Rawn, JD (1989). Biokjemi (nr. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokjemi. Panamerican Medical Ed.