2-Fosfoglicolato

2-Fosfoglicolato
	Nome IUPAC 2-fosfonatooxiacetato
Identificadores
Número CAS	13147-57-4
PubChem	24916760, 529
ChemSpider	514
UNII	H8593JOP13
ChEBI	CHEBI:58033
Imaxes 3D Jmol	Image 1; Image 2
	SMILES C(C(=O)[O-])OP(=O)([O-])[O-] C(C(=O)O)OP(=O)(O)O ;
	InChI InChI=1S/C2H5O6P/c3-2(4)1-8-9(5,6)7/h1H2,(H,3,4)(H2,5,6,7)/p-3; Key: ASCFNMCAHFUBCO-UHFFFAOYSA-K InChI=1S/C2H5O6P/c3-2(4)1-8-9(5,6)7/h1H2,(H,3,4)(H2,5,6,7); Key: ASCFNMCAHFUBCO-UHFFFAOYSA-N;
Propiedades
Fórmula molecular	C2H2O6P
Masa molar	153,01 g mol−1
	Se non se indica outra cousa, os datos están tomados en condicións estándar de 25 °C e 100 kPa.

O 2-fosfoglicolato, moitas veces denominado simplemente fosfoglicolato^[1]^[2] (fórmula química C₂H₂O₆P^3-), abreviado como 2-PG ou PG, é un produto metabólico natural do proceso de fotorrespiración das plantas mediado polo encima Ribulosa 1,5-bisfosfato carboxilase-oxidase (RuBisCO). É o trianión do ácido 2-fosfoglicólico.^[2]^[3]

Síntese

O encima RuBisCO cataliza a fixación do dióxido de carbono atmosférico nos cloroplastos das plantas durante a fase escura da fotosíntese. Utiliza a ribulosa 1,5-bisfosfato (RuBP) como substrato e facilita a carboxilación do carbono C2 por medio dun intermediario endiolato. Os dous produtos de tres carbonos rixinados son dúas moléculas de 3-fosfoglicerato, que son despois incorporadas ao ciclo de Calvin. O oxíxeno atosférico compite con esta reacción, pero nas condicións máis habituais a RuBisCO utiliza o CO₂. Non obstante, nun proceso chamado fotorrespiración a RuBisCo pode tamén catalizar a adición de oxíxeno atmosférico ao carbono C2 na RuBP formando un intermediario hidroperóxido de alta enerxía que se descompón en 2-fosfoglicolato e 3-fosfoglicerato (aquí só se produce unha molécula de 3-fosfoglicerato).^[4] A pesar da barreira de enerxía máis alta para a reacción de oxixenación comparada coa carboxilación, a fotorrespiración supón ata o 25% do recambio da RuBisCo en plantas C3^[5].

Papel biolóxico

En plantas, o 2-fosfoglicerato ten un efecto potencialmente tóxico, xa que inhibe varias vías metabólicas^[6]. As actividades de importantes encimas no metabolismo central do carbono do cloroplasto, como a triosa-fosfato isomerase, a fosfofrutoquinase ou a sedoheptulosa 1,7-bisfosfato fosfatase mostran unha significativa diminución en preseza de 2-fosfoglicolato. Por tanto, a degradación do 2-fosfoglicolato durante a fotorrespiración é importante para a homeostase celular.

Aínda que o 2-fosfoglicolato se produce principalmente en plantas, tamén ten un papel no metabolismo dos mamíferos^[6], aínda que a fonte deste 2-fosfoglicolato en mamíferos non se comprende de todo. Pénsase que o procesamento de roturas nas febras de ADN produce pequenas cantidades de 2-fosfoglicolato, pero outros procesos poden orixinar 2-fosfoglicolato tamén. A subinidade fosfatase da bisfosfoglicerato mutase, un encima que ese encontra nos glóbulos vermellos, mostra un incremento na súa actividade de ata tres ordes de magnitude en presenza de 2-fosfoglicolato, o que ten como resultado un incremento na afinidade polo oxíxeno da hemoglobina.

A fotorrespiración é a principal vía que ten o cloroplasto para desfacerse do 2-fosfoglicolato.^[7] Porén, esta vía causa unha diminución do rendemento metabólico, xa que o 2-fosfoglicerato é transformado en 3-fosfoglicerato por unha elaborada vía de salvamento co custo dun equivalente de NADH e de ATP, respectivamente. Ademais, esta vía de salvamento perde o equivalente a ½ do carbono previamente fixado e libera o equivalente a ½ de amoníaco tóxico por molécula de 2-fosfoglicolato. Isto orixina unha perda neta de carbono na fotorrespiración, facendo o proceso moito menos eficiente que cando funciona só o ciclo de Calvin.

Porén, esta vía de salvamento pode tamén actuar como sumidoiro de enerxía celular, impedindo que na cadea de transporte electrónico do cloroplasto se produza unha sobrerredución.^[7] Crese que esta vía tamén xoga un papel na mellora da resposta das plantas ao estrés abiótico.

Importancia agrícola

A RuBisCO foi a diana potencial das investigacións de enxeñaria biolóxica con propósitos agrícolas. Unha diminución da oxixenación da RuBisCO pode ter como resultado un incremento na eficiencia da asimilación do carbono en cultivos agrícolas como o arroz ou o trigo e, por tanto, un incremento da súa produción neta de biomasa. Fixéronse intentos de alterar artificialmente a estrutura da proteína RuBisCO para mellorar a súa taxa de recambio catalítica. As mutacións na subunidade L do encima, por exemplo, incrementan tanto o recambio catalítico como a afinidade da RuBisCO polo dióxido de carbono. Desta maneira hai menos fotorrespiración e menos produción de 2-fosfoglicolato. Isto comprobouse en experimentos con bacterias.^[8]

Notas

↑ ChemSpider Phosphoglycolate
↑ ^2,0 ^2,1 PubChem 2-Phosphoglycolic acid
↑ Chebi 2-phosphoglycolic acid
↑ Tcherkez, Guillaume (2016). "The mechanism of Rubisco-catalysed oxygenation". Plant, Cell & Environment (en inglés) 39 (5): 983–997. ISSN 1365-3040. PMID 26286702. doi:10.1111/pce.12629.
↑ Zelitch, Israel; Schultes, Neil P.; Peterson, Richard B.; Brown, Patrick; Brutnell, Thomas P. (January 2009). "High Glycolate Oxidase Activity Is Required for Survival of Maize in Normal Air". Plant Physiology 149 (1): 195–204. ISSN 0032-0889. PMC 2613714. PMID 18805949. doi:10.1104/pp.108.128439.
↑ ^6,0 ^6,1 Flügel, Franziska; Timm, Stefan; Arrivault, Stéphanie; Florian, Alexandra; Stitt, Mark; Fernie, Alisdair R.; Bauwe, Hermann (October 2017). "The Photorespiratory Metabolite 2-Phosphoglycolate Regulates Photosynthesis and Starch Accumulation in Arabidopsis". The Plant Cell 29 (10): 2537–2551. ISSN 1040-4651. PMC 5774572. PMID 28947491. doi:10.1105/tpc.17.00256.
↑ ^7,0 ^7,1 Timm, Stefan; Woitschach, Franziska; Heise, Carolin; Hagemann, Martin; Bauwe, Hermann (2019-12-02). "Faster Removal of 2-Phosphoglycolate through Photorespiration Improves Abiotic Stress Tolerance of Arabidopsis". Plants 8 (12): 563. ISSN 2223-7747. PMC 6963629. PMID 31810232. doi:10.3390/plants8120563.
↑ Greene, Dina N.; Whitney, Spencer M.; Matsumura, Ichiro (2007-06-15). "Artificially evolved Synechococcus PCC6301 Rubisco variants exhibit improvements in folding and catalytic efficiency". The Biochemical Journal 404 (Pt 3): 517–524. ISSN 0264-6021. PMC 1896282. PMID 17391103. doi:10.1042/BJ20070071.

[1] ChemSpider Phosphoglycolate

[PubChem-2] 2,0 ^2,1 PubChem 2-Phosphoglycolic acid

[Chebi-3] Chebi 2-phosphoglycolic acid

[4] Tcherkez, Guillaume (2016). "The mechanism of Rubisco-catalysed oxygenation". Plant, Cell & Environment (en inglés) 39 (5): 983–997. ISSN 1365-3040. PMID 26286702. doi:10.1111/pce.12629.

[5] Zelitch, Israel; Schultes, Neil P.; Peterson, Richard B.; Brown, Patrick; Brutnell, Thomas P. (January 2009). "High Glycolate Oxidase Activity Is Required for Survival of Maize in Normal Air". Plant Physiology 149 (1): 195–204. ISSN 0032-0889. PMC 2613714. PMID 18805949. doi:10.1104/pp.108.128439.

[:1-6] 6,0 ^6,1 Flügel, Franziska; Timm, Stefan; Arrivault, Stéphanie; Florian, Alexandra; Stitt, Mark; Fernie, Alisdair R.; Bauwe, Hermann (October 2017). "The Photorespiratory Metabolite 2-Phosphoglycolate Regulates Photosynthesis and Starch Accumulation in Arabidopsis". The Plant Cell 29 (10): 2537–2551. ISSN 1040-4651. PMC 5774572. PMID 28947491. doi:10.1105/tpc.17.00256.

[:2-7] 7,0 ^7,1 Timm, Stefan; Woitschach, Franziska; Heise, Carolin; Hagemann, Martin; Bauwe, Hermann (2019-12-02). "Faster Removal of 2-Phosphoglycolate through Photorespiration Improves Abiotic Stress Tolerance of Arabidopsis". Plants 8 (12): 563. ISSN 2223-7747. PMC 6963629. PMID 31810232. doi:10.3390/plants8120563.

[8] Greene, Dina N.; Whitney, Spencer M.; Matsumura, Ichiro (2007-06-15). "Artificially evolved Synechococcus PCC6301 Rubisco variants exhibit improvements in folding and catalytic efficiency". The Biochemical Journal 404 (Pt 3): 517–524. ISSN 0264-6021. PMC 1896282. PMID 17391103. doi:10.1042/BJ20070071.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]