ДИГІДРОКСІАЦЕТОНФОСФАТ (ДХАП): ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЗАСТОСУВАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Фосфат диоксиацетон є хімічна сполука під абревіатурами скорочених DHAP. Це проміжний продукт у деяких метаболічних шляхах живих організмів, таких як гліколітична деградація або гліколіз, а також у циклі Кальвіна у рослин.

Біохімічно DHAP є продуктом дії ферменту альдолази на фруктозу-1,6-бісфосфат (FBP), який викликає альдолітичний розпад, внаслідок чого утворюються два тривуглецеві сполуки: DHAP та 3-фосфат гліцеральдегіду (GAP) .

Джерело: Девід Т. Макферсон

У циклі Кальвіна альдолаза здійснює зворотну реакцію, конденсуючи молекули DHAP з молекулами GAP з утворенням гексози.

характеристики

DHAP класифікується в молекулах, відомих як кетотріози. Це моносахариди, що складаються з ланцюга з трьох вуглець (триози) з карбонільною групою на центральному вуглеці (С2).

GAP і DAHP є функціональними ізомерами і складають найпростіші вуглеводи в біологічно активних органічних молекулах.

Хоча хімічна структура багатьох поширених вуглеводів, таких як GAP і DHAP, є альдегідами і кетонами, їм дають термін вуглеводи, маючи на увазі прямі похідні сахаридів.

DHAP при гліколізі

При гліколізі ряд реакцій руйнує глюкозу до пірувату. Ця деградація відбувається поступово на 10 послідовних стадіях, коли втручаються різні ферменти та утворюються різноманітні проміжні продукти, всі з яких фосфорильовані.

DHAP з'являється в гліколізі в четвертій реакції цього процесу, яка полягає в розщепленні FBP на два вуглеводи на три вуглеводи (триози), з яких тільки GAP продовжує послідовність гліколізу, тоді як DHAP потребує перетворитись на GAP для слідування цього маршруту.

Ця реакція каталізується альдолазою (фруктоза бісфосфатна альдолаза), яка здійснює розщеплення альдолу між вуглецю С3 та С4 ФБП.

Ця реакція виникає лише в тому випадку, якщо гексоза, яку потрібно розділити, має карбонільну групу при С2 і гідроксил при С4. З цієї причини раніше відбувається ізомеризація глюкозо-6-фосфату (G6P) у фруктозо 6-фосфат (F6P).

DHAP також бере участь у п'ятій реакції гліколізу, займаючись його ізомеризацією до GAP ферментом триози фосфатною ізомеразою або TIM. З цією реакцією перша фаза деградації глюкози завершена.

Алдолазна реакція

При розщепленні альдолу утворюються два проміжні продукти, де DHAP становить рівновагу 90% суміші.

Існує два типи альдолаз: а) альдолаза I типу присутня в клітинах тварин і рослин і характеризується утворенням основи Шиффа між ферментативним діючим сайтом та карбонілом ФБП. б) Альдолаза II типу міститься в деяких бактеріях і грибах, в її активній ділянці є метал (як правило, Zn).

Розщеплення альдолу починається з адгезії субстрату до діючої ділянки та видалення протона з β-гідроксильної групи, утворюючи протонізовану основу Шиффа (катіон імнінію). Розпад вуглецю С3 та С4 призводить до вивільнення GAP та утворення проміжного речовини, що називається енамін.

Згодом енамін стабілізується, для чого утворюється катіон імнінію, який гідролізується, за допомогою чого DHAP нарешті вивільняється і вільний фермент таким чином регенерується.

У клітинах з альдолазою II типу утворення основи Шиффа не відбувається, являючи собою двовалентний металевий катіон, як правило, Zn ²⁺ , який стабілізує енаміновий проміжний продукт з метою вивільнення DHAP.

TIM-реакція

Як було сказано, рівноважна концентрація DHAP вище, ніж у GAP, так що молекули DHAP перетворюються на GAP, оскільки останні використовуються в наступній реакції гліколізу.

Ця трансформація відбувається завдяки ферменту TIM. Це п'ята реакція процесу гліколітичної деструкції, і в ній вуглецю С1 і С6 глюкози стають вуглецю С3 ГАП, а вуглецю С2 і С5 - С2 і С3 і С4 глюкози вони стають C1 ГАП.

Фермент TIM вважається "ідеальним ферментом", оскільки дифузія контролює швидкість реакції, а це означає, що продукт утворюється так само швидко, як активне місце ферменту та його субстрат.

При реакції перетворення DHAP в GAP утворюється проміжний продукт, який називається енедіолом. Це з'єднання здатне віддавати протони гідроксильних груп до залишку активного сайту ферменту TIM.

DHAP в циклі Кальвіна

Цикл Кальвіна - це цикл фотосинтетичного відновлення вуглецю (ПЛР), який становить темну фазу процесу фотосинтезу в рослинах. На цій стадії продукти (АТФ і НАДФН), отримані в легкій фазі процесу, використовуються для отримання вуглеводів.

У цьому циклі утворюється шість молекул GAP, з яких дві трансформуються в DHAP шляхом ізомеризації, завдяки дії ферменту TIM, у зворотній реакції на ту, що відбувається при деградації гліколізу. Ця реакція є оборотною, хоча рівновага в разі цього циклу і, на відміну від гліколізу, зміщується в бік перетворення GAP в DHAP.

Ці молекули DHAP можуть слідувати двома шляхами, один - альдолова конденсація, катализируемая альдолазою, при якій вона конденсується з молекулою GAP з утворенням FBP.

Інша реакція, яку може приймати один з DHAP, - це фосфатний гідроліз, каталізований седогептулозою бісфосфатазою. Останнім шляхом він реагує еритрозою з утворенням седогептулози 1,7-бісфосфату.

DHAP в глюконеогенезі

У глюконеогенезі деякі неглюцидні сполуки, такі як піруват, лактат та деякі амінокислоти, перетворюються на глюкозу. У цьому процесі DHAP знову з’являється через ізомеризацію молекули GAP дією TIM, а потім через альдолову конденсацію вона стає FBP.

Список літератури

1. Бейлі, ПС і Бейлі, Каліфорнія (1998). Органічна хімія: поняття та застосування. Освіта за ред. Пірсона.
2. Девлін, ТМ (1992). Підручник з біохімії: з клінічними кореляціями. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH, & Grisham, CM (2008). Біохімія. Ред. Томсон Брукс / Коул.
4. Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Принципи біохімії Ленінгера 4 видання. Ед Омега. Барселона.
5. Rawn, JD (1989). Біохімія (№ 577.1 RAW). За редакцією Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Біохімія. Panamerican Medical Ed.