DIHYDROXYACETON FOSFÁT (DHAP): VLASTNOSTI A APLIKACE - CHEMIE - 2025

Fosfát dihydroxyaceton je chemická sloučenina podle zkratek zkrácených DHAP. Je to meziprodukt v některých metabolických drahách živých organismů, jako je glykolytická degradace nebo glykolýza, stejně jako v Calvinově cyklu v rostlinách.

Biochemicky je DHAP produktem působení aldolázového enzymu na fruktóza-1,6-bisfosfát (FBP), který způsobuje aldolytické štěpení, což vede ke dvěma třemhlíkovým sloučeninám: DHAP a glyceraldehyd 3-fosfát (GAP).

Zdroj: David T. Macpherson

V Calvinově cyklu aldolasa provádí reverzní reakci a kondenzuje molekuly DHAP s molekulami GAP za vzniku hexózy.

vlastnosti

DHAP je klasifikován v rámci molekul známých jako ketotriosy. Jsou to monosacharidy tvořené řetězcem tří uhlíků (triosy) s karbonylovou skupinou na centrálním uhlíku (C2).

GAP a DAHP jsou funkční isomery a tvoří nejjednodušší uhlohydráty v biologicky aktivních organických molekulách.

Ačkoli chemická struktura mnoha běžných uhlohydrátů, jako jsou GAP a DHAP, jsou aldehydy a ketony, jsou označovány jako uhlohydráty, což se týká přímých derivátů sacharidů.

DHAP v glykolýze

Při glykolýze řada reakcí degraduje glukózu na pyruvát. K této degradaci dochází postupně v 10 po sobě jdoucích krocích, kdy zasahují různé enzymy a produkují se různé meziprodukty, z nichž všechny jsou fosforylovány.

DHAP se objevuje v glykolýze ve čtvrté reakci tohoto procesu, který spočívá v rozkladu FBP na dva uhlohydráty tří uhlíků (triosy), z nichž pouze GAP pokračuje v sekvenci glykolýzy, zatímco DHAP potřebuje být převeden do GAP a sledovat tuto cestu.

Tato reakce je katalyzována aldolázou (fruktóza bisfosfát aldoláza), která provádí štěpení aldolem mezi uhlíky C3 a C4 v FBP.

K této reakci dochází pouze v případě, že hexóza, která má být rozdělena, má karbonylovou skupinu na C2 a hydroxyl na C4. Z tohoto důvodu dochází dříve k izomerizaci glukóza-6-fosfátu (G6P) na fruktózu 6-fosfát (F6P).

DHAP se také podílí na páté reakci glykolýzy, což je jeho izomerizace na GAP enzymem triose fosfát isomeráza nebo TIM. Touto reakcí je dokončena první fáze degradace glukózy.

Aldolázová reakce

Při štěpení aldolu se získají dva meziprodukty, kde DHAP tvoří 90% směsi v rovnováze.

Existují dva typy aldolas: a) aldoláza typu I je přítomna v živočišných a rostlinných buňkách a je charakterizována tvorbou Schiffovy báze mezi enzymaticky aktivním místem a karbonylem FBP. b) Aldolaza typu II se nachází v některých bakteriích a houbách, má kov v aktivním místě (obvykle Zn).

Štěpení aldolu začíná adhezí substrátu k aktivnímu místu a odstraněním protonu z p-hydroxylové skupiny za vzniku protonované Schiffovy báze (iminiový kation). Rozklad uhlíků C3 a C4 vede k uvolňování GAP a tvorbě meziproduktu zvaného enamin.

Enamin se následně stabilizuje, čímž se vytvoří iminiový kation, který je hydrolyzován, čímž se DHAP nakonec uvolní a regeneruje se volný enzym.

V buňkách s aldolázou typu II nedochází k tvorbě Schiffovy báze, což je kovový dvojmocný kation, obvykle Zn ²⁺, který stabilizuje enaminový meziprodukt, aby uvolnil DHAP.

Reakce TIM

Jak již bylo zmíněno, rovnovážná koncentrace DHAP je vyšší než koncentrace GAP, takže molekuly DHAP se transformují na GAP, protože tento se používá v následující glykolýze.

K této transformaci dochází díky enzymu TIM. Toto je pátá reakce procesu glykolytické degradace a v ní se uhlíky C1 a C6 glukózy stávají uhlíky C3 GAP, zatímco uhlíky C2 a C5 se stávají C2 a C3 a C4 glukózy stanou se C1 GAP.

Enzym TIM je považován za „dokonalý enzym“, protože difúze řídí rychlost reakce, což znamená, že se produkt vytváří stejně rychle, jak se aktivní místo enzymu a jeho substrát spojují.

Při reakci transformace DHAP na GAP se vytvoří meziprodukt zvaný enediol. Tato sloučenina je schopna vzdát se protonů hydroxylových skupin zbytku aktivního místa enzymu TIM.

DHAP v Calvinově cyklu

Kalvinův cyklus je cyklus fotosyntetické redukce uhlíku (PCR), který tvoří temnou fázi procesu fotosyntézy v rostlinách. V této fázi se produkty (ATP a NADPH) získané ve světlé fázi procesu používají k výrobě uhlohydrátů.

V tomto cyklu se vytvoří šest GAP molekul, z nichž dvě jsou díky působení enzymu TIM přeměněny na DHAP pomocí inverzní reakce na reakci, ke které dochází při degradaci glykolýzy. Tato reakce je reverzibilní, i když rovnováha je v případě tohoto cyklu a na rozdíl od glykolýzy posunuta směrem k přeměně GAP na DHAP.

Tyto DHAP molekuly pak mohou sledovat dvě cesty, jedna je aldolová kondenzace katalyzovaná aldolázou, ve které kondenzuje s GAP molekulou za vzniku FBP.

Druhou reakcí, kterou může jeden z DHAP provést, je hydrolýza fosfátů katalyzovaná sedoheptulosovou bisfosfatázou. V posledním případě reaguje s erytrózou za vzniku sedoheptulosy 1,7-bisfosfátu.

DHAP v glukoneogenezi

Při glukoneogenezi se některé glukózové sloučeniny, jako je pyruvát, laktát a některé aminokyseliny, převádějí na glukózu. V tomto procesu se DHAP objevuje opět izomerizací GAP molekuly působením TIM, a poté prostřednictvím aldolové kondenzace se stává FBP.

Reference

1. Bailey, PS, a Bailey, CA (1998). Organická chemie: koncepce a aplikace. Ed. Pearson Education.
2. Devlin, TM (1992). Učebnice biochemie: s klinickými korelacemi. John Wiley & Sons, Inc.
3. Garrett, RH, a Grisham, CM (2008). Biochemie. Ed. Thomson Brooks / Cole.
4. Nelson, DL, & Cox, MM (2006). Lehninger Principles of Biochemistry 4. vydání. Ed Omega. Barcelona.
5. Rawn, JD (1989). Biochemie (č. 577,1 RAW). Ed. Interamericana-McGraw-Hill
6. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.