Motivo de la conversión de glucosa a fructosa en la glucólisis

Evitar la difusión es una de las razones para fosforilar la glucosa, la otra es que se elimina del equilibrio osmótico entre el interior y el exterior de la membrana, por lo que puede transportarse a una velocidad elevada.

La glucosa-6-fosfato se puede usar como sustrato para diferentes vías, a saber, la glucólisis y la vía de las pentosas fosfato, y (según el organismo) también se puede convertir en glucógeno y almidón para su posterior almacenamiento.

El motivo de la fosforilación se encuentra más abajo en la glucólisis: la isomerización por la glucosa fosfato isomerasa y la subsiguiente segunda fosforilación en fructosa-1,6-bifosfato hacen que la conversión y la dedicación de la molécula a la glucólisis sean irreversibles.

La fructosa-1,6-bifosfato luego es dividida por la aldolasa en dos unidades C3: fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) y 3-fosfato de gliceraldehído (GA-3-P). GA-3-P se convierte en DHAP, por lo que aguas abajo solo se necesita procesar un metabolito.

Si no hay glucosa, no hay necesidad de glucólisis: deduzco de esta perogrullada que, en alguna etapa temprana de la evolución del metabolismo, debe haber surgido una vía parecida a la gluconeogénesis antes de la glucólisis. Esta es solo otra forma de afirmar el hecho obvio de que la autotrofia debe haber precedido a la heterotrofia .

Si la reacción de la aldolasa para la triosa → hexosa evolucionó en torno al gliceraldehído 3-fosfato/dihidroxiacetona fosfato, entonces quizás la participación de la fructosa 1,6-bisfosfato estuvo dictada por la química subyacente de la condensación de la aldolasa, y los pasos hacia la glucosa siguieron a partir de ahí. Tenga en cuenta que la principal vía de fijación de carbono en los fotoautótrofos sí utiliza este proceso: la fijación de carbono por RuBisCO genera 3-fosfoglicerato y la acción posterior de la triosafosfato isomerasa y la aldolasa genera fructosa 1,6-bisfosfato.

Por lo tanto, mi punto principal es que buscar los principios de diseño subyacentes en la vía glucolítica puede ser inútil: la glucólisis representa el uso catabólico de una secuencia de reacciones que originalmente evolucionó con el propósito del anabolismo.

Descargo de responsabilidad: probablemente he leído esta idea en alguna parte, pero no recuerdo dónde. Si alguien puede señalar una versión autorizada de esto, por favor hágalo.

aclarando la pregunta

La vía de la glucólisis inicia una hexosa (glucosa), pero en cierto punto, la reacción de la aldolasa, se generan dos moléculas de una triosa, luego se interconvierten en la misma triosa, después de lo cual la vía continúa hacia el piruvato, generando ATP neto. Cada una de estas moléculas de triosa lleva un fosfato que, como menciona el póster, evita que se difundan a través de la membrana celular, por lo que el precursor de la hexosa necesita llevar dos fosfatos. Por lo tanto, la pregunta "¿por qué se forma la fructosa?" se puede reformular como:

“¿Por qué la hexosa precursora de las dos triosas fosfatos es la fructosa 1,6- bis fosfato y no simplemente la glucosa 1,6- bis fosfato?”

Respuesta corta

La estructura química de la glucosa no es adecuada para formar un compuesto de bisfosfato que pueda producir triosa fosfatos interconvertibles en las reacciones bioquímicas que emplea la célula.

Respuesta más completa con detalles químicos

Primero considere las estructuras lineales y cicladas de derivados de fosfato relevantes de glucosa y fructosa:

Es posible que la glucosa 1,6- bis fosfato no le resulte familiar: se encuentra en las células en cantidades bajas y puede tener alguna función reguladora. La inspección muestra que, debido a que el grupo aldehído está en la posición 1 de la glucosa, solo se puede agregar un fosfato en esa posición después de que la ciclación genera un alcohol allí. Una vez que se ha formado la glucosa 1,6- bis fosfato, no puede convertirse en una estructura de cadena lineal, a diferencia de la fructosa 1,6- bis fosfato, donde el grupo cetónico está en la posición 2. (Por lo tanto, no se muestra ninguno). Este es el punto clave.

Ahora pasemos a la interconversión triosa-hexosa, que es necesaria tanto para la glucólisis como para la gluconeogénesis, la que se haya originado primero. Esto tiene dos requisitos:

1. Que las moléculas de triosa fosfato pueden reaccionar entre sí para formar el esqueleto de carbono de hexosa (es más fácil considerar la reacción en esta dirección).
2. Que si se requieren diferentes moléculas de triosa, pueden interconvertirse fácilmente de (oa) una sola triosa.

El requisito 1 se satisface más fácilmente en los sistemas biológicos mediante una condensación aldólica como la reacción de la aldolasa (que también se encuentra en el ciclo de Calvin) en la que el carbono nucleofílico de un enolato ataca al carbono de un aldehído.

El requisito 2 se puede satisfacer mediante la isomerización de un aldehído (como el 3-fosfato de gliceraldehído) a una cetona (como el fosfato de dihidroxiacetona).

El hecho de que una cetona como el fosfato de dihidroxiacetona tenga el potencial de formar un enolato (que se muestra arriba) explica la idoneidad particular de estas triosas en relación con la reacción de la aldosa:

[ Tomado de Textos de Química Libre . ]

El producto inicial de esta reacción es, necesariamente, una hexosa 1,6 bis -fosfato lineal, con la fructosa como la hexosa, ya que su carbonilo está en C2. Después de que la fructosa 1,6- bis fosfato ha perdido el fosfato en la posición C1, puede isomerizarse a glucosa 6-fosfato (con la posición C1 libre para formar un aldehído) de manera similar a la isomerización de triosa fosfato.

Por lo tanto, no es solo la simetría de la fructosa (señalada por el cartel en un comentario) lo que es importante, sino la estructura de la glucosa misma. La glucosa 1,6- bis fosfato no es, por supuesto, el único azúcar que puede "bloquearse" en su forma cíclica. Por ejemplo, los anillos de desoxirribosa en la columna vertebral del ADN no pueden linealizarse porque las bases están unidas al C1ʹ donde estaba originalmente el grupo aldehído.