DIHYDROXYACETONFOSFAAT (DHAP): KENMERKEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2026

Het fosfaat dihydroxyaceton is een chemische verbinding onder de afkorting DHAP. Het is een tussenproduct in sommige metabolische routes van levende organismen, zoals glycolytische afbraak of glycolyse, evenals in de Calvin-cyclus in planten.

Biochemisch gezien is DHAP het product van de werking van een aldolase-enzym op fructose-1,6-bisfosfaat (FBP), dat een aldolytische afbraak veroorzaakt die resulteert in twee drie-koolstofverbindingen: DHAP en glyceraldehyde 3-fosfaat (GAP) .

Bron: David T. Macpherson

In de Calvin-cyclus voert aldolase de omgekeerde reactie uit, waarbij DHAP-moleculen worden gecondenseerd met GAP-moleculen om een ​​hexose te vormen.

kenmerken

DHAP is geclassificeerd binnen de moleculen die bekend staan ​​als ketotriosen. Dit zijn monosacchariden die zijn opgebouwd uit een keten van drie koolstofatomen (triosen) met de carbonylgroep op het centrale koolstofatoom (C2).

GAP en DAHP zijn functionele isomeren en vormen de eenvoudigste koolhydraten binnen biologisch actieve organische moleculen.

Hoewel de chemische structuur van veel voorkomende koolhydraten, zoals GAP en DHAP, aldehyden en ketonen zijn, wordt de term koolhydraat genoemd, verwijzend naar directe derivaten van sachariden.

DHAP bij glycolyse

Bij glycolyse breekt een reeks reacties glucose af tot pyruvaat. Deze afbraak vindt progressief plaats in 10 opeenvolgende stappen, waarbij verschillende enzymen tussenkomen en een verscheidenheid aan tussenproducten wordt geproduceerd, die allemaal gefosforyleerd zijn.

DHAP verschijnt in glycolyse in de vierde reactie van dit proces, die bestaat uit de afbraak van FBP in twee koolhydraten van drie koolstofatomen (triosen), waarvan alleen GAP de volgorde van glycolyse voortzet, terwijl DHAP nodig heeft worden omgevormd tot GAP om deze route te volgen.

Deze reactie wordt gekatalyseerd door een aldolase (fructose bisfosfaat aldolase), die een aldolsplitsing uitvoert tussen de C3- en C4-koolstofatomen van het FBP.

Deze reactie treedt alleen op als de te verdelen hexose een carbonylgroep op C2 en een hydroxylgroep op C4 heeft. Om deze reden vindt eerder isomerisatie van glucose-6-fosfaat (G6P) tot fructose-6-fosfaat (F6P) plaats.

DHAP is ook betrokken bij de vijfde reactie van glycolyse en behandelt de isomerisatie ervan tot GAP door het enzym triosefosfaatisomerase of TIM. Met deze reactie is de eerste fase van glucose-afbraak voltooid.

Aldolase-reactie

Bij de afbraak van aldol worden twee tussenproducten geproduceerd, waarbij DHAP 90% van het mengsel uitmaakt bij evenwicht.

Er zijn twee soorten aldolasen: a) type I aldolase is aanwezig in dierlijke en plantencellen en wordt gekenmerkt door de vorming van een Schiffse base tussen de enzymatisch actieve plaats en de carbonyl van het FBP. b) Aldolase type II wordt aangetroffen in sommige bacteriën en schimmels, het heeft een metaal op de actieve plaats (meestal Zn).

De aldolsplitsing begint met de adhesie van het substraat aan de actieve plaats en de verwijdering van een proton uit de β-hydroxylgroep, waardoor de geprotoneerde Schiffse base (iminiumkation) wordt gevormd. De afbraak van de C3- en C4-koolstofatomen veroorzaakt de afgifte van GAP en de vorming van een tussenproduct genaamd enamine.

Het enamine wordt vervolgens gestabiliseerd, waarbij een iminiumkation wordt gevormd dat wordt gehydrolyseerd, waarmee het DHAP uiteindelijk wordt vrijgegeven en het vrije enzym aldus wordt geregenereerd.

In cellen met type II aldolase vindt de vorming van Schiffse base niet plaats, omdat het een metallisch tweewaardig kation is, in het algemeen Zn ²⁺ , dat het enamine-tussenproduct stabiliseert om DHAP vrij te maken.

TIM reactie

Zoals vermeld, is de evenwichtsconcentratie van DHAP hoger dan die van GAP, zodat DHAP-moleculen worden omgezet in GAP, aangezien de laatste wordt gebruikt in de volgende glycolysereactie.

Deze transformatie vindt plaats dankzij het TIM-enzym. Dit is de vijfde reactie van het glycolytische afbraakproces en daarin worden de C1- en C6-koolstofatomen de C3-koolstofatomen van GAP, terwijl de C2- en C5-koolstofatomen C2 en C3 en C4 van glucose worden. ze worden C1 van de GAP.

Het TIM-enzym wordt beschouwd als het "perfecte enzym" omdat diffusie de reactiesnelheid regelt, wat betekent dat het product net zo snel wordt gevormd als de actieve plaats van het enzym en zijn substraat samenkomen.

In de reactie van de transformatie van DHAP naar GAP wordt een tussenproduct gevormd dat enediol wordt genoemd. Deze verbinding is in staat de protonen van de hydroxylgroepen af ​​te geven aan een residu van de actieve plaats van het TIM-enzym.

DHAP in de Calvin-cyclus

De Calvin-cyclus is de fotosynthetische koolstofreductie (PCR) -cyclus die de donkere fase vormt van het fotosyntheseproces in planten. In deze fase worden de producten (ATP en NADPH) verkregen in de lichte fase van het proces gebruikt om koolhydraten te maken.

In deze cyclus worden zes GAP-moleculen gevormd, waarvan er twee worden omgezet in DHAP door isomerisatie, dankzij de werking van het TIM-enzym, in een omgekeerde reactie met die welke optreedt bij de afbraak van glycolyse. Deze reactie is omkeerbaar, hoewel het evenwicht in het geval van deze cyclus en, in tegenstelling tot glycolyse, verschuift naar de omzetting van GAP in DHAP.

Deze DHAP-moleculen kunnen dan twee routes volgen, één is een aldolcondensatie gekatalyseerd door een aldolase, waarin het condenseert met een GAP-molecuul om FBP te vormen.

De andere reactie die een van de DHAP's kan ondergaan, is een fosfaathydrolyse die wordt gekatalyseerd door een sedoheptulosebisfosfatase. In de laatste route reageert het met een erythrose om sedoheptulose-1,7-bisfosfaat te vormen.

DHAP bij gluconeogenese

Bij gluconeogenese worden sommige niet-glucidische verbindingen zoals pyruvaat, lactaat en sommige aminozuren omgezet in glucose. In dit proces verschijnt DHAP opnieuw door de isomerisatie van een GAP-molecuul door de werking van TIM, en vervolgens door een aldolcondensatie wordt het FBP.

Referenties

1. Bailey, PS en Bailey, CA (1998). Organische chemie: concepten en toepassingen. Ed. Pearson Education.
2. Devlin, TM (1992). Textbook of biochemistry: with clinical correlations. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH en Grisham, CM (2008). Biochemie. Ed. Thomson Brooks / Cole.
4. Nelson, DL en Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4e editie. Ed Omega. Barcelona.
5. Rawn, JD (1989). Biochemistry (nr. 577.1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.