DIHYDROXYACETONPHOSPHAT (DHAP): KARAKTERISTIKA OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den phosphat dihydroxyacetone er en kemisk forbindelse under forkortelserne forkortede DHAP. Det er et mellemprodukt i nogle metaboliske veje for levende organismer, såsom glykolytisk nedbrydning eller glykolyse, såvel som i Calvin-cyklus i planter.

Biokemisk er DHAP produktet af virkningen af ​​et aldolaseenzym på fruktose-1,6-bisphosphat (FBP), hvilket forårsager en aldolytisk nedbrydning, hvilket resulterer i to tre-carbonforbindelser: DHAP og glyceraldehyd 3-phosphat (GAP).

Kilde: David T. Macpherson

I Calvin-cyklus udfører aldolase den modsatte reaktion, kondenserer DHAP-molekyler med GAP-molekyler til dannelse af en hexose.

egenskaber

DHAP er klassificeret inden for molekylerne kendt som ketotrioses. Dette er monosaccharider, der består af en kæde med tre kulhydrater (trioser) med carbonylgruppen ved det centrale carbon (C2).

GAP og DAHP er funktionelle isomerer og udgør de enkleste kulhydrater inden for biologisk aktive organiske molekyler.

Selvom den kemiske struktur i mange almindelige kulhydrater, såsom GAP og DHAP, er aldehyder og ketoner, får de betegnelsen kulhydrat, idet der henvises til direkte derivater af saccharider.

DHAP i glykolyse

Ved glycolyse nedbryder en række reaktioner glukose til pyruvat. Denne nedbrydning forekommer gradvist i 10 på hinanden følgende trin, hvor forskellige enzymer griber ind, og der produceres en række mellemprodukter, som alle er phosphorylerede.

DHAP optræder i glycolyse i den fjerde reaktion af denne proces, der består i nedbrydning af FBP i to kulhydrater af tre kulhydrater (trioser), hvoraf kun GAP fortsætter sekvensen af ​​glycolyse, mens DHAP har brug for omdannes til GAP for at følge denne rute.

Denne reaktion katalyseres af en aldolase (fructose-bisphosphat-aldolase), der udfører en aldol-spaltning mellem C3 og C4-carbonatomer i FBP.

Denne reaktion forekommer kun, hvis den hexose, der skal opdeles, har en carbonylgruppe ved C2 og en hydroxyl ved C4. Af denne grund forekommer isomerisering af glucose-6-phosphat (G6P) til fructose 6-phosphat (F6P) tidligere.

DHAP er også involveret i den femte reaktion af glykolyse, der beskæftiger sig med dens isomerisering til GAP af enzymet triose phosphatisomerase eller TIM. Med denne reaktion afsluttes den første fase af glukose-nedbrydning.

Aldolase-reaktion

Ved aldol-nedbrydning produceres to mellemprodukter, hvor DHAP udgør 90% af blandingen ved ligevægt.

Der er to typer aldolaser: a) aldolase type I er til stede i dyre- og planteceller og er kendetegnet ved dannelsen af ​​en Schiff-base mellem det enzymatiske aktive sted og carbonylen i FBP. b) Aldolase type II findes i nogle bakterier og svampe, den har et metal på det aktive sted (generelt Zn).

Aldolspaltning begynder med vedhæftning af underlaget til det aktive sted og fjernelse af et proton fra ß-hydroxylgruppen, hvilket danner den protonerede Schiff's base (iminiumkation). Nedbrydningen af ​​C3- og C4-kulstof frembringer frigørelsen af ​​GAP og dannelsen af ​​et mellemprodukt kaldet enamin.

Enaminen stabiliseres derefter, for hvilket der dannes en iminiumkation, der hydrolyseres, hvormed DHAP til sidst frigøres, og det frie enzym således regenereres.

I celler med type II aldolase forekommer dannelsen af ​​Schiff's base ikke, idet den er en metallisk divalent kation, generelt Zn2 ⁺, som stabiliserer enaminmellemproduktet for at frigive DHAP.

TIM-reaktion

Som nævnt er ligevægtskoncentrationen af ​​DHAP højere end for GAP, således at DHAP-molekyler omdannes til GAP, da sidstnævnte anvendes i den følgende glycolysereaktion.

Denne transformation sker takket være TIM-enzymet. Dette er den femte reaktion under den glykolytiske nedbrydningsproces, og i den bliver C1- og C6-carbonatomer af glukose C3-carbonatomer i GAP, mens C2- og C5-carbonatomer bliver C2 og C3 og C4 af glukose. de bliver C1 for GAP.

TIM-enzymet betragtes som det "perfekte enzym", fordi diffusion styrer reaktionshastigheden, hvilket betyder, at produktet dannes lige så hurtigt som enzymets aktive sted og dets substrat samles.

I reaktionen på transformation af DHAP til GAP dannes et mellemprodukt kaldet enediol. Denne forbindelse er i stand til at opgive protonerne fra hydroxylgrupperne til en rest af det aktive sted i TIM-enzymet.

DHAP i Calvin-cyklus

Calvin-cyklus er den fotosyntetiske kulstofreduktionscyklus (PCR), der udgør den mørke fase af fotosynteseprocessen i planter. I dette trin anvendes produkterne (ATP og NADPH) opnået i den lette fase af processen til fremstilling af kulhydrater.

I denne cyklus dannes seks GAP-molekyler, hvoraf to omdannes til DHAP ved isomerisering takket være virkningen af ​​TIM-enzymet i en invers reaktion på den, der forekommer i nedbrydningen af ​​glykolyse. Denne reaktion er reversibel, skønt ligevægten i tilfælde af denne cyklus og i modsætning til glycolyse forskydes i retning af omdannelsen af ​​GAP til DHAP.

Disse DHAP-molekyler kan derefter følge to veje, den ene er en aldolkondensation katalyseret af en aldolase, hvor den kondenseres med et GAP-molekyle til dannelse af FBP.

Den anden reaktion, som en af ​​DHAP'erne kan tage, er en phosphathydrolyse katalyseret af en sedoheptulose-bisphosphatase. På sidstnævnte måde reagerer den med en erythrose til dannelse af sedoheptulose 1,7-bisphosphat.

DHAP i glukoneogenese

Ved glukoneogenese omdannes nogle ikke-glucidiske forbindelser, såsom pyruvat, lactat og nogle aminosyrer, til glucose. I denne proces vises DHAP igen gennem isomerisering af et GAP-molekyle ved virkningen af ​​TIM, og derefter gennem en aldolkondensation bliver det FBP.

Referencer

1. Bailey, PS, & Bailey, CA (1998). Organisk kemi: koncepter og anvendelser. Ed. Pearson Uddannelse.
2. Devlin, TM (1992). Lægebog om biokemi: med kliniske korrelationer. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Biokemi. Ed. Thomson Brooks / Cole.
4. Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4. udgave. Ed Omega. Barcelona.
5. Rawn, JD (1989). Biokemi (nr. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.