DIACYLGLYCEROL: STRUKTURA, BIOSYNTÉZA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Diacylglycerol nebo 1,2-diacylglycerol, je meziprodukt při syntéze fosfolipidů, které patří do skupiny glycerofosfolipidů nebo fosfoglyceridy, jednoduché lipidové molekuly, které sdílejí společnou charakteristiku, které mají molekuly glycerolu jako na hlavní kostru.

Pro všechny živé organismy je zásadní, do té míry, že genetické produkty nezbytné pro jeho syntézu jsou nezbytné pro životaschopnost buněk a jejich hladina je v buňce přísně regulována.

Fisherova projekce pro diacylglycerol (Zdroj: Mzaki prostřednictvím Wikimedia Commons)

Bakterie, kvasinky, rostliny a zvířata jsou schopny metabolizovat diacylglycerol a extrahovat energii z mastných kyselin esterifikovaných na dva ze svých atomů uhlíku, takže také představují energetický rezervoár.

Diacylglycerol se podílí jak na vytvoření struktury lipidové dvojvrstvy, která tvoří všechny biologické membrány, tak na mezispolečnosti metabolismu jiných lipidů a na různých signálních drahách jako druhý posel.

Jeho aktivovaný derivát, CDP-diacylglycerol (CDP je analogem ATP, vysoce energetické molekuly), je důležitým předchůdcem při syntéze mnoha dalších membránových lipidů.

S objevem enzymů souvisejících s tímto lipidem bylo zjištěno, že buněčné reakce, které jsou na něm závislé, jsou docela složité, kromě toho, že mají mnoho dalších funkcí, možná neznámých, například v různých metabolických drahách.

Struktura

Diacylglycerol, jak se stanoví jeho lipidová povaha, je amfipatická sloučenina, protože má dva hydrofobní apolární alifatické řetězce a hydrofilní polární oblast nebo "hlavu", složenou z volné hydroxylové skupiny.

Struktura této sloučeniny je velmi jednoduchá: glycerol, alkohol se třemi atomy uhlíku a třemi hydroxylovými skupinami, se prostřednictvím atomů kyslíku asociovaných s atomy uhlíku v pozicích 1 a 2 váže na dva řetězce mastných kyselin. (esterovými vazbami), které tvoří nepolární řetězce.

Polární skupina pak odpovídá nenavázané hydroxylové skupině, která je v poloze C3 molekuly glycerolu.

Protože neobsahuje žádné „další“ polární skupiny, je diacylglycerol malým lipidem a jeho „jednoduché“ složení mu dává velmi zvláštní vlastnosti při výkonu svých více funkcí.

Biosyntéza

K nové syntéze diacylglycerolu může dojít dvěma způsoby:

1. První je z mobilizace triglyceridů a zahrnuje syntézu diacylglycerolu z glycerol 3-fosfátu.
2. Druhý je z dihydroxyaceton fosfátu, glykolytického meziproduktu produkovaného v kroku katalyzovaném enzymem aldolázou, kde fruktosa 1,6-bisfosfát se štěpí na glyceraldehyd 3-fosfát a dihydroxyaceton fosfát.

V každém případě musí glycerol 3-fosfát a dihydroxyaceton fosfát podléhat modifikacím, které zahrnují acylační kroky (přidání acylových skupin nebo řetězců mastných kyselin), nejprve se vytvoří kyselina lysofosfatidová (s jedním řetězcem) a poté kyselina fosfatidický (se dvěma řetězci).

Kyselina fosfatidová je jedním z nejjednodušších fosfolipidů, protože je tvořena molekulou 1,2-diacylglycerolu, ke které je fosfátová skupina připojena k poloze C3 glycerolu fosfodiesterovou vazbou.

Fosfátová skupina v této poloze je hydrolyzována působením enzymů fosfatidové kyseliny fosfohydrolasy (PAP, anglicky "Fosfatidic Acid Fhosphohydrolases").

Během obou cest produkce diacylglycerolu jsou řetězce mastných kyselin přidávány postupně a v oddělených subcelulárních kompartmentech. Jeden se přidává do mitochondrií a peroxisomů a druhý do endoplazmatického retikula.

Jiné způsoby syntézy

Diacylglycerol není produkován pouze de novo syntézou v buňkách: existují alternativní cesty, které jej syntetizují z již existujících fosfolipidů a díky působení enzymů, jako je fosfolipáza C, fosfolipáza D a sfingomyelin syntáza.

Diacylglycerol produkovaný těmito alternativními cestami se nepoužívá pro metabolické účely, to znamená za účelem získání energie z p-oxidace mastných kyselin nepolárních řetězců, ale hlavně pro signální účely.

Funkce

Diacylglycerol slouží více funkcím v různých buněčných kontextech. Tyto funkce zahrnují jeho účast jako prekurzorové molekuly jiných lipidů, na energetickém metabolismu, jako sekundární posel, a strukturální funkce, mezi ostatními.

Jako prekurzor lipidu

Bylo zjištěno, že diacylglycerol může být prekurzorem jiných fosfolipidů, konkrétně fosfatidylethanolaminu a fosfatidylcholinu. Tento proces nastává přenosem aktivovaných alkoholů do hydroxylu v poloze C3 molekuly diacylglycerolu.

Tento lipid lze také použít k produkci triglyceridů esterifikací jiné mastné kyseliny v poloze 3 uhlíku v glycerolové části, což je reakce katalyzovaná diacylglycerol acyltransferasami nalezenými v endoplazmatickém retikulu nebo v plazmatické membráně.

Díky působení enzymů diacylglycerol kinázy, diacylglycerol může být prekurzorovou molekulou kyseliny fosfatidové díky spojení fosfátové skupiny na uhlíku C3; kyselina fosfatidová je zase jedním z hlavních prekurzorů většiny glycerofosfolipidů.

Metabolické

Diacylglycerol funguje nejen jako prekurzorová molekula pro jiné fosfolipidy, ke kterým lze do hydroxylové skupiny v poloze C3 přidat skupiny různé povahy, ale jednou z jeho hlavních funkcí je také sloužit jako zdroj mastných kyselin pro získávání energie P-oxidací.

Strukturální

Podobně jako jiné lipidy přítomné v biologických membránách má diacylglycerol, kromě jiných funkcí, strukturální důsledky, díky kterým je strukturálně důležitý pro tvorbu dvojvrstev a dalších stejně důležitých lipidů.

V buněčné signalizaci

Mnoho intracelulárních signálů, které se objevují v reakci na různé typy podnětů, vede k okamžité tvorbě molekul diacylglycerolu, pro které buňka používá mnoho proteinů, které jsou zodpovědné za signalizaci závislou na diacylglycerolu.

Tato signální „cesta“ zahrnuje produkci, eliminaci a reakci. Potom je doba a intenzita daného signálu stanovena modifikací diacylglycerolu v membránách.

Kromě toho diacylglycerol produkovaný během hydrolýzy fosfatidylinositolu a jeho fosforylovaných derivátů je důležitým druhým poselem signálních drah mnoha hormonů u savců.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Základní buněčná biologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Carrasco, S., & Mérida, I. (2006). Diacylglycerol, když se jednoduchost stává složitou. Trends in Biochemical Sciences, 1-10.
3. Fox, SI (2006). Human Physiology (9. ed.). New York, USA: McGraw-Hill Press.
4. Rawn, JD (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
5. Vance, JE, a Vance, DE (2008). Biochemie lipidů, lipoproteinů a membrán. V New Comprehensive Biochemistry svazek 36 (4. vydání). Elsevier.