GLYCERALDEHYDE 3-PHOSPHATE (G3P): STRUKTUR, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The gliseraldehid 3-fosfat (GAP) adalah metabolit glikolisis (nama yang berasal dari bahasa Yunani; glicos = gula atau gula; lysis = pecah), yang merupakan laluan metabolik yang molekul saudara glukosa ke dalam dua molekul pyruvate untuk menghasilkan tenaga dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP).

Dalam sel, gliseraldehid 3-fosfat menghubungkan glikolisis dengan glukoneogenesis dan jalur fosfat pentosa. Dalam organisma fotosintetik, gliseraldehid 3-fosfat, yang berasal dari fiksasi karbon dioksida, digunakan untuk biosintesis gula. Di hati, metabolisme fruktosa menghasilkan GAP, yang dimasukkan ke dalam glikolisis.

Sumber: Benjah-bmm27

Struktur

Glyceraldehyde 3-fosfat adalah gula fosforilasi yang mempunyai tiga karbon. Formula empiriknya ialah C ₃ H ₇ O ₆ P. Kumpulan aldehid (-CHO) adalah karbon 1 (C-1), kumpulan hidroksimetilena (-CHOH) adalah karbon 2 (C-2) dan kumpulan hidroksimetil ( -CH ₂ OH) ialah karbon 3 (C3). Yang terakhir membentuk ikatan dengan kumpulan fosfat (ikatan phosphoester).

Konfigurasi gliseraldehid 3-fosfat pada kiral C-2 adalah D. Secara konvensional, berkenaan dengan karbon kiral, dalam unjuran Fischer kumpulan aldehid ditunjukkan ke atas, kumpulan hidroksimetilfosfat ke bawah, kumpulan hidroksil ke bawah. kanan dan atom hidrogen ke kiri.

ciri

Glyceraldehyde 3-fosfat mempunyai jisim molekul 170.06 g / mol. Perubahan tenaga bebas Gibbs standard (ΔGº) untuk sebarang reaksi mesti dikira dengan menambahkan perubahan tenaga bebas produk, dan mengurangkan jumlah perubahan tenaga bebas reaktan.

Dengan cara ini, variasi tenaga bebas (ΔGº) pembentukan gliseraldehid 3-fosfat ditentukan, iaitu -1,285 KJ × mol ^-1 . Secara konvensional, dalam keadaan standard 25ºC dan 1 atm, tenaga bebas unsur-unsur murni adalah sifar.

ciri-ciri

Glikolisis dan glukoneogenesis

Glikolisis terdapat di semua sel. Ia terbahagi kepada dua fasa: 1) fasa pelaburan tenaga dan sintesis metabolit dengan potensi tinggi untuk pemindahan kumpulan fosfat, seperti gliseraldehid 3-fosfat (GAP); 2) Langkah sintesis ATP dari molekul dengan potensi pemindahan kumpulan fosfat tinggi.

Glyceraldehyde 3-fosfat dan dihydroxyacetone fosfat terbentuk dari fruktosa 1,6-bifosfat, suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim aldolase. Glyceraldehyde 3-fosfat diubah menjadi 1,3-bisphosphoglycerate (1,3BPG), melalui reaksi yang dikatalisis oleh enzim GAP dehydrogenase.

GAP dehydrogenase memangkinkan pengoksidaan atom karbon aldehid dan memindahkan kumpulan fosfat. Oleh itu, anhidrida campuran (1,3BPG) terbentuk di mana kumpulan asil dan atom fosforus terdedah kepada reaksi serangan nukleofilik.

Selanjutnya, dalam reaksi yang dikatalisis oleh 3-fosfogliserat kinase, 1,3BPG memindahkan kumpulan fosfat dari karbon 1 ke ADP, membentuk ATP.

Kerana tindak balas yang dikatalisis oleh aldolase, GAP dehydrogenase dan 3-phosphoglycerate kinase berada dalam keseimbangan (ΔGº ~ 0), reaksi tersebut dapat diterbalikkan, sehingga menjadi sebahagian daripada jalur glukoneogenesis (atau sintesis glukosa baru ).

Laluan fosfat pentosa dan kitaran Calvin

Di laluan pentosa fosfat, gliseraldehid 3-fosfat (GAP) dan fruktosa 6-fosfat (F6P) terbentuk dengan memotong reaksi dan pembentukan ikatan CC, dari pentosa, 5-fosfat xilulosa dan ribosa 5 -fosfat.

Glyceraldehyde 3-fosfat dapat mengikuti jalur glukoneogenesis dan membentuk glukosa 6-fosfat, yang meneruskan jalan pentosa fosfat. Glukosa dapat dioksidakan sepenuhnya untuk menghasilkan enam molekul CO ₂ melalui langkah oksidatif laluan fosfat pentosa.

Dalam kitaran Calvin, CO ₂ ditetapkan sebagai 3-fosfogliserat, dalam tindak balas yang dikatalisis oleh ribulosa bifosfat karboksilase. 3-fosfogliserat kemudian dikurangkan oleh NADH melalui tindakan enzim yang disebut GAP dehydrogenase.

2 molekul GAP diperlukan untuk biosintesis heksosa, seperti glukosa, yang digunakan untuk biosintesis pati atau selulosa pada tumbuhan.

Metabolisme fruktosa

Enzim fruktokinase memangkinkan fosforilasi fruktosa oleh ATP pada C-1, membentuk fruktosa 1-fosfat. Aldolase A, yang terdapat dalam otot, adalah khusus untuk fruktosa 1,6-bifosfat sebagai substrat. Aldolase B terdapat di dalam hati dan khusus untuk fruktosa 1-fosfat sebagai substrat.

Aldolase B memangkin pemecahan aldol fruktosa 1-fosfat dan menghasilkan dihydroxyacetone fosfat dan gliseraldehid. Glyceraldehyde kinase mengkatalisa fosforilasi gliseraldehid oleh ATP, membentuk perantaraan glikolitik, gliseraldehid 3-fosfat (GAP).

Dengan cara yang berbeza, gliseraldehid diubah menjadi gliserol oleh dehidrogenase alkohol yang menggunakan NADH sebagai substrat penderma elektron. Gliserol kinase kemudian fosforilasi gliserol melalui ATP, membentuk gliserol fosfat. Metabolit terakhir direoksidasi, membentuk dihydroxyacetone fosfat (DHAP) dan NADH.

DHAP ditukar menjadi GAP oleh enzim triose fosfat isomerase. Dengan cara ini, fruktosa diubah menjadi metabolit glikolisis. Walau bagaimanapun, fruktosa yang diberikan secara intravena boleh menyebabkan kerosakan serius, yang terdiri daripada penipisan fosfat intraselular dan ATP secara drastik. Asidosis laktik malah berlaku.

Kerosakan fruktosa disebabkan oleh fakta bahawa ia tidak mempunyai titik-titik yang ditetapkan katabolisme glukosa. Pertama, fruktosa memasuki otot melalui GLUT5, yang bebas daripada insulin.

Kedua, fruktosa secara langsung ditukar menjadi GAP dan dengan demikian memotong peraturan enzim phosphofruct kinase (PFK) pada awal glikolisis.

Melalui Entner-Doudoroff

Glikolisis adalah jalan sejagat untuk katabolisme glukosa. Walau bagaimanapun, sebilangan bakteria secara alternatif menggunakan jalur Entner-Doudoroff. Laluan ini melibatkan enam langkah yang dikatalisis oleh enzim, di mana glukosa diubah menjadi GAP dan piruvat, yang merupakan dua produk akhir dari jalan ini.

GAP dan piruvat diubah menjadi etanol oleh reaksi penapaian alkohol.

Rujukan

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Biokimia. Kursus pendek. WH Freeman, New York.
2. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biokimia. WW Norton, New York.
3. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Prinsip biokimia Lehninger. WH Freeman, New York.
4. Salway JG 2004. Metabolisme sepintas lalu. Blackwell, Malden.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Asas biokimia: kehidupan pada tahap molekul. Wiley, Hoboken.