و ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات هو مركب كيميائي تحت الاختصارات يختصر DHAP. وهو وسيط في بعض مسارات التمثيل الغذائي للكائنات الحية ، مثل التحلل السكري أو تحلل السكر ، وكذلك في دورة كالفين في النباتات.
كيميائيًا حيويًا ، DHAP هو نتاج عمل إنزيم الألدولاز على الفركتوز -1،6-ثنائي الفوسفات (FBP) ، مما يؤدي إلى انهيار ألدوليتيك مما يؤدي إلى مركبين من ثلاثة كربون: DHAP و glyceraldehyde 3-phosphate (GAP).
المصدر: David T. Macpherson
في دورة كالفين ، يقوم الألدوليز بالتفاعل العكسي ، مكثفًا جزيئات DHAP مع جزيئات GAP لتكوين هيكوز.
مميزات
يصنف DHAP ضمن الجزيئات المعروفة باسم كيتوتريوسيس. هذه هي السكريات الأحادية المكونة من سلسلة من ثلاثة ذرات كربون (ثلاثية) مع مجموعة الكربونيل في الكربون المركزي (C2).
GAP و DAHP عبارة عن أيزومرات وظيفية وتشكل أبسط الكربوهيدرات داخل الجزيئات العضوية النشطة بيولوجيًا.
على الرغم من أن التركيب الكيميائي للعديد من الكربوهيدرات الشائعة مثل GAP و DHAP هي الألدهيدات والكيتونات ، إلا أنها تُطلق عليها مصطلح الكربوهيدرات ، في إشارة إلى المشتقات المباشرة للسكريات.
DHAP في تحلل السكر
في تحلل السكر ، تؤدي سلسلة من التفاعلات إلى تحلل الجلوكوز إلى بيروفات. يحدث هذا التحلل تدريجياً في 10 خطوات متتالية ، حيث يتم تضمين إنزيمات مختلفة ويتم إنتاج مجموعة متنوعة من الوسائط ، وكلها فسفرة.
يظهر DHAP في تحلل الجلوكوز في التفاعل الرابع لهذه العملية ، والذي يتكون من تفكك FBP إلى نوعين من الكربوهيدرات من ثلاثة ذرات كربون (ثلاثيات) ، حيث يستمر GAP فقط في تسلسل تحلل السكر ، بينما يحتاج DHAP إلى GAP لاتباع هذا الطريق.
يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة ألدولاز (فركتوز ثنائي فوسفات ألدولاز) ، والذي ينفذ انشقاق ألدول بين كربون C3 و C4 في FBP.
يحدث هذا التفاعل فقط إذا كان السداسي المراد تقسيمه يحتوي على مجموعة كربونيل عند C2 وهيدروكسيل عند C4. لهذا السبب ، تحدث أزمرة الجلوكوز 6 فوسفات (G6P) في الفركتوز 6 فوسفات (F6P) سابقًا.
يشارك DHAP أيضًا في التفاعل الخامس لتحلل السكر ، ويتعامل مع أزمرته إلى GAP بواسطة إنزيم ثلاثي فوسفات أيزوميراز أو TIM. مع هذا التفاعل ، تكتمل المرحلة الأولى من تدهور الجلوكوز.
تفاعل Aldolase
في تفكك ألدول ، يتم إنتاج مادتين وسيطتين ، حيث يشكل DHAP 90٪ من الخليط عند التوازن.
هناك نوعان من الألدولاز: أ) النوع الأول ألدولاز موجود في الخلايا الحيوانية والنباتية ويتميز بتكوين قاعدة شيف بين الموقع النشط الأنزيمي وكربونيل FBP. ب) يوجد Aldolase type II في بعض البكتيريا والفطريات ، وله معدن في الموقع النشط (Zn بشكل عام).
يبدأ انشقاق ألدول بالتصاق الركيزة بالموقع النشط وإزالة بروتون من مجموعة بيتا هيدروكسيل ، مكونًا قاعدة شيف البروتونية (كاتيون الإيمينيوم). ينتج عن انهيار الكربون C3 و C4 إطلاق GAP وتشكيل مادة وسيطة تسمى enamine.
يتم تثبيت الإنامين لاحقًا ، حيث يتم تكوين كاتيون الإيمينيوم الذي يتحلل بالماء ، والذي يتم بواسطته إطلاق DHAP في النهاية وبالتالي يتم تجديد الإنزيم الحر.
في الخلايا من النوع الثاني ألدولاز، لا يحدث تكوين قاعدة شيف، لكونها الموجبة ثنائي التكافؤ المعدني، وعموما الزنك 2+ ، والتي تستقر في enamine المتوسط من أجل الإفراج عن DHAP.
رد فعل TIM
كما ذكرنا سابقًا ، يكون تركيز توازن DHAP أعلى من تركيز GAP ، بحيث يتم تحويل جزيئات DHAP إلى GAP حيث يتم استخدام الأخير في تفاعل تحلل السكر التالي.
يحدث هذا التحول بفضل إنزيم TIM. هذا هو التفاعل الخامس لعملية التحلل الجلوكوز ، وفيه تصبح كربونات الجلوكوز C1 و C6 هي الكربون C3 من GAP ، بينما يتحول الكربون C2 و C5 إلى C2 و C3 و C4 للجلوكوز يصبحون C1 من GAP.
يعتبر إنزيم TIM "إنزيمًا مثاليًا" لأن الانتشار يتحكم في معدل التفاعل ، مما يعني أن المنتج يتشكل بالسرعة نفسها التي يتجمع بها الموقع النشط للإنزيم وركائزه معًا.
في رد فعل تحول DHAP إلى GAP يتم تكوين وسيط يسمى enediol. هذا المركب قادر على التخلي عن بروتونات مجموعات الهيدروكسيل إلى بقايا الموقع النشط لإنزيم TIM.
DHAP في دورة كالفين
دورة كالفين هي دورة تقليل الكربون الضوئي (PCR) التي تشكل المرحلة المظلمة لعملية التمثيل الضوئي في النباتات. في هذه المرحلة ، يتم استخدام المنتجات (ATP و NADPH) التي تم الحصول عليها في المرحلة الخفيفة من العملية في صنع الكربوهيدرات.
في هذه الدورة ، يتم تكوين ستة جزيئات من GAP ، اثنان منها يتم تحويلهما إلى DHAP عن طريق الأزمرة ، بفضل عمل إنزيم TIM ، في رد فعل عكسي لما يحدث في تحلل التحلل السكري. هذا التفاعل قابل للعكس ، على الرغم من أن التوازن ، في حالة هذه الدورة ، وعلى عكس تحلل السكر ، يتم تحويله نحو تحويل GAP إلى DHAP.
يمكن أن تتبع جزيئات DHAP مسارين ، أحدهما هو تكثيف ألدول المحفز بواسطة ألدولاز ، حيث يتكثف مع جزيء GAP ليشكل FBP.
التفاعل الآخر الذي يمكن أن يتخذه أحد DHAPs هو تحلل الفوسفات المائي المحفز بواسطة sedoheptulose bisphosphatase. في الطريق الأخير ، يتفاعل مع الإريثروز ليشكل Sedoheptulose 1،7-bisphosphate.
DHAP في استحداث السكر
في عملية تكوين السكر يتم تحويل بعض المركبات غير الجلوكيدية مثل البيروفات واللاكتات وبعض الأحماض الأمينية إلى جلوكوز. في هذه العملية ، يظهر DHAP مرة أخرى من خلال أزمرة جزيء GAP بفعل TIM ، ثم من خلال تكثيف ألدول ، يصبح FBP.
المراجع
- بيلي ، بي إس ، وبيلي ، كاليفورنيا (1998). الكيمياء العضوية: المفاهيم والتطبيقات. إد. بيرسون التعليم.
- Devlin ، TM (1992). كتاب الكيمياء الحيوية: مع الارتباطات السريرية. John Wiley & Sons، Inc.
- Garrett، RH، & Grisham، CM (2008). الكيمياء الحيوية. إد طومسون بروكس / كول.
- نيلسون ، DL ، & Cox ، MM (2006). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية الطبعة الرابعة. إد أوميجا. برشلونة.
- رون ، دينار (1989). الكيمياء الحيوية (رقم 577.1 RAW). إد Interamericana-McGraw-Hill
- Voet ، D. ، & Voet ، JG (2006). الكيمياء الحيوية. عموم أمريكا الطبية Ed.