ДИХИДРОКСИАЦЕТОН ФОСФАТ (DHAP): ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На дихидроксиацетон фосфат е химическо съединение, при съкращения съкратените DHAP. Той е междинен продукт в някои метаболитни пътища на живите организми, като гликолитично разграждане или гликолиза, както и в цикъла на Калвин при растенията.

Биохимично DHAP е продукт на действието на ензим алдолаза върху фруктоза-1,6-бисфосфат (FBP), който причинява разпадане на алдолитици, което води до две три въглеродни съединения: DHAP и глицералдехид 3-фосфат (GAP),

Източник: Дейвид Т. Макферсън

В цикъла на Калвин алдолазата извършва обратната реакция, кондензираща DHAP молекули с GAP молекули, за да образува хексоза.

характеристики

DHAP е класифициран в молекулите, известни като кетотриози. Това са монозахариди, изградени от верига от три въглерода (триози) с карбонилната група при централния въглерод (С2).

GAP и DAHP са функционални изомери и съставят най-простите въглехидрати в биологично активните органични молекули.

Въпреки че химическата структура на много общи въглехидрати като GAP и DHAP са алдехиди и кетони, на тях се дава терминът въглехидрати, отнасящи се до директните производни на захаридите.

DHAP в гликолиза

При гликолиза поредица от реакции разграждат глюкозата до пируват. Това разграждане протича прогресивно в 10 последователни етапа, при които се намесват различни ензими и се получават различни междинни продукти, всички от които са фосфорилирани.

DHAP се появява в гликолиза в четвъртата реакция на този процес, която се състои в разграждането на FBP на два въглехидрати от три въглерода (триози), от които само GAP продължава последователността на гликолизата, докато DHAP се нуждае да се трансформира в GAP, за да следва този маршрут.

Тази реакция се катализира от алдолаза (фруктоза бисфосфатна алдолаза), която осъществява разцепване на алдол между С3 и С4 въглеродата на FBP.

Тази реакция възниква само ако хексозата, която се разделя, има карбонилна група при С2 и хидроксил при С4. Поради тази причина изомеризацията на глюкозо-6-фосфат (G6P) във фруктоза 6-фосфат (F6P) се извършва по-рано.

DHAP също участва в петата реакция на гликолиза, като нейната изомеризация към GAP от ензима триоза фосфатна изомераза или TIM. С тази реакция първата фаза на разграждането на глюкозата е завършена.

Алдолазна реакция

При разграждането на алдола се получават два междинни съединения, при които DHAP съставлява 90% от сместа при равновесие.

Има два типа алдолази: а) алдолаза тип I присъства в животински и растителни клетки и се характеризира с образуването на база на Шиф между ензимния активен сайт и карбонила на FBP. б) Алдолаза тип II се намира в някои бактерии и гъбички, той има метал в активното място (обикновено Zn).

Разцепването на Aldol започва с адхезията на субстрата към активното място и отстраняването на протона от β-хидроксилната група, образувайки протонираната основа на Шиф (иминиев катион). Разграждането на С3 и С4 въглеродът води до освобождаване на GAP и образуване на междинен продукт, наречен енамин.

Впоследствие енаминът се стабилизира, при което се образува иминиев катион, който се хидролизира, с което DHAP окончателно се освобождава и по този начин свободният ензим се регенерира.

В клетки с алдолаза тип II, образуването на основата на Шиф не се случва, представлява метален двувалентен катион, обикновено Zn ²⁺, който стабилизира енаминовото междинно съединение, за да се освободи DHAP.

TIM реакция

Както бе споменато, равновесната концентрация на DHAP е по-висока от тази на GAP, така че молекулите на DHAP се трансформират в GAP, тъй като последните се използват в следната реакция на гликолиза.

Тази трансформация става благодарение на ензима TIM. Това е петата реакция на процеса на разграждане на гликолитичен процес и в него С1 и С6 въглеродните глюкози се превръщат в С3 въглерод на GAP, докато въглеродните С2 и С5 стават С2 и С3 и С4 от глюкозата те стават C1 на GAP.

Ензимът TIM се счита за "перфектен ензим", защото дифузията контролира скоростта на реакцията, което означава, че продуктът се образува точно толкова бързо, колкото активното място на ензима и неговият субстрат се събират.

При реакцията на трансформация на DHAP в GAP се образува междинно съединение, наречено ендиол. Това съединение е способно да се откаже от протоните на хидроксилните групи до остатък от активното място на TIM ензима.

DHAP в цикъла на Калвин

Цикълът на Калвин е цикълът на фотосинтетична редукция на въглерод (PCR), който представлява тъмната фаза на процеса на фотосинтеза в растенията. На този етап получените в леката фаза на процеса продукти (ATP и NADPH) се използват за получаване на въглехидрати.

В този цикъл се образуват шест GAP молекули, от които две се трансформират в DHAP чрез изомеризация, благодарение на действието на ензима TIM, в обратна реакция на тази, която се проявява при разграждането на гликолизата. Тази реакция е обратима, въпреки че равновесието в случая на този цикъл и за разлика от гликолизата се измества към превръщането на GAP в DHAP.

След това тези DHAP молекули могат да следват два пътя, едната е кондозация на алдол, катализирана от алдолаза, при която тя се кондензира с GAP молекула и образува FBP.

Другата реакция, която един от DHAP може да предприеме, е фосфатна хидролиза, катализирана от седохептулоза бисфосфатаза. В последния път той реагира с еритроза, образувайки седохептулоза 1,7-бисфосфат.

DHAP в глюконеогенеза

При глюконеогенезата някои неглюцидни съединения като пируват, лактат и някои аминокиселини се превръщат в глюкоза. В този процес DHAP се появява отново чрез изомеризация на GAP молекула под действието на TIM, а след това чрез кондензация на алдол, тя става FBP.

Препратки

1. Бейли, PS и Бейли, Калифорния (1998). Органична химия: концепции и приложения. Ed. Pearson Education.
2. Devlin, TM (1992). Учебник по биохимия: с клинични корелации. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH и Grisham, CM (2008). Биохимия. Ред. Томсън Брукс / Коул.
4. Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Ленингер Принципи на биохимията 4-то издание. Ед Омега. Барселона.
5. Rawn, JD (1989). Биохимия (№ 577.1 RAW). Изд. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.