GLYCEROL 3-FOSFÁT: STRUKTURA, VLASTNOSTI, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Glycerol-3-fosfát je glycerol molekula mající esterovou vazbu s fosfátovou skupinou, které mají četné funkce v metabolismu a část biomembrán. Tato molekula slouží jako metabolit pro glukoneogenezi, biosyntézu triacylglycerolu a biosyntézu druhého posla, jako je diacylglycerol (DAG).

Dalšími funkcemi glycerol-3-fosfátu jsou biosyntéza glycerofosfolipidů, jako je kardiolipin, plasmallogeny a alkylacylglycerofosfolipidy. Kromě toho se účastní raketoplánu, který umožňuje regeneraci NAD ⁺ v cytosolu.

Zdroj: Mzaki

Struktura a vlastnosti

Empirický vzorec glycerol-3-fosfát je C ₃ H ₉ O ₆ P a má tři atomy uhlíku. Atomy uhlíku 1 a 3 (C-1 a C-3) tvoří hydroxymethylové skupiny (-CH20H), zatímco atom uhlíku 2 (C-2) tvoří hydroxymethylenovou skupinu (-CHOH). Atom kyslíku hydroxymethylové skupiny C-3 tvoří esterovou vazbu s fosfátovou skupinou.

Existují synonyma pro glycerol 3-fosfát, jako je 1,2,3-propantriol, 1- (dihydrogenfosfát) a 2,3-dihydroxypropyl-dihydrogenfosfát, 3-fosfoglycerol. Jeho molekulová hmotnost je 172,07 g / mol.

Standardní změna Gibbsovy volné energie (ΔGº) z hydrolýzy fosfátové skupiny glycerol 3-fosfátu je -9,2 KJ / mol.

Tento metabolit je přeměněn na meziprodukt glykolýzy. Když je buněčná energetická zátěž vysoká, průtok glykolýzou je snížen a dihydroxyaceton fosfát (DHAP) slouží jako výchozí materiál pro biosyntetické dráhy.

Funkce

Glukoneogeneze a pentózofosfátová cesta

Glycerol slouží jako metabolit anabolických drah. Proto musí být převeden na glykolytický meziprodukt dvěma kroky, které vyžadují, aby enzymy glycerol kináza a glycerol fosfát dehydrogenáza tvořily meziprodukt dihydroxyaceton-fosfát (DHAP).

Enzym glycerolkináza katalyzuje přenos fosfátové skupiny z ATP (adenosintrifosfát) na glycerol, čímž se tvoří glycerol 3-fosfát a ADP (adenosin difosfát). Glycerol-3-fosfát dehydrogenáza dále katalyzuje oxidačně-redukční reakci, při které se oxiduje C-2 glycerol-3-fosfátu a ztratí dva elektrony.

Elektrony z glycerol-3-fosfátu (redukované) jsou přeneseny do NAD ⁺ (oxidované), za vzniku DHAP (oxidované) a NADH (redukované). DHAP je meziproduktový metabolit glykolýzy, který poskytuje uhlíkové kostry pro anabolické dráhy, jako je biosyntéza glykogenu a nukleotidů.

Glukóza-6-fosfát tvořený glukoneogenezí může přejít do biosyntézy glykogenu nebo do dráhy pentosofosfátu. Během biosyntézy glykogenu v játrech se 6-fosfát glukózy přeměňuje na 1-fosfát glukózy. Během dráhy pentózofosfátu je 6-fosfát glukózy přeměněn na 5-fosfát ribózy.

Biosyntéza triacylglycerolu

Triacylglyceroly jsou neutrální (nenabité) lipidy, které obsahují estery mastných kyselin kovalentně vázané na glycerol. Triacylglyceroly jsou syntetizovány z mastných acyl-CoA esterů a glycerol 3-fosfátu nebo DHAP.

Glyceroneogenesis je nová biosyntéza glycerolu z oxaloacetátu pomocí enzymů glukoneogeneze. Pyruvátkarboxyláza přeměňuje pyruvát na oxaloacetát a fosfoenolpyruvát karboxykináza (PEPCK) převádí oxaloacetát na fosfoenolpyruvát, glykolytický meziprodukt.

Fosfoenolpyruvát pokračuje v cestě glukoneogeneze směrem k biosyntéze DHAP, který je přeměněn na glycerol glycerol 3-fosfátdehydrogenázou a fosfatázou, která hydrolyzuje fosfátovou skupinu. Takto vytvořený glycerol se používá pro biosyntézu triacylglycerolů.

Během období hladovění je 30% mastných kyselin, které vstupují do jater, reesterifikováno na triacylglyceroly a exportováno jako lipoproteiny o velmi nízké hustotě (VLDL).

Ačkoli adipocyty nevykonávají glukoneogenezi, mají enzym fosfoenolpyruvát karboxykinázu (PEPCK), který se podílí na glycerolgenezi nezbytné pro biosyntézu triacylglycerolu.

Běžné glycerofosfolipidy

Glycerofosfolipidy jsou triestery glycerol-3-fosfátu, ve kterých je fosfát polární hlavou. C-1 a C-2 tvoří esterové vazby s nasycenými mastnými kyselinami, jako je palmitát nebo sterrát, a mononenasycenými mastnými kyselinami, jako je oleát. Tento popis odpovídá fosfatidátu, což je nejjednodušší glycerofosfolipid.

V eukaryotických buněčných membránách slouží fosfatidát jako prekurzor nejběžnějších glycerofosfolipidů, kterými jsou fosfatidylcholin, fosfatidylserin, fosfatidylethanolamin a fosfatidylinositol.

Distribuce lipidů (glycerofosfolipidů, sfingofosfolipidů, sfingoglykolipidů, cholesterolu) v buněčných membránách není jednotná. Například vnitřní monovrstva membrány erytrocytů je bohatá na glycerofosfolipidy, zatímco vnější monovrstva je bohatá na sfingolipidy.

Glycerofosfolipidy jsou důležité, protože se účastní buněčné signalizace. Působením enzymů fosfolipázy, jako je fosfolipáza C, která rozkládá esterovou vazbu na úrovni C-3 fosfatidylinositol-4,5-bisfosfátu (PPI2), signalizační molekuly inositol 1,4,5-trifosfát a diacylglycerol (DAG).

Hadí jedy často obsahují enzymy fosfolipázy A2, které štěpí glycerofosfolipidy. To způsobuje poškození tkáně prasknutím membrán. Uvolněné mastné kyseliny působí jako detergenty.

Méně obvyklé glycerofosfolipidy

Membrány eukaryotických buněk obsahují další fosfolipidy, jako jsou kardiolipin, plasmatologické peptidy a alkylacylglycerofosfolipidy.

Kardiolipin je fosfolipid, který byl poprvé izolován ze srdeční tkáně. Jeho biosyntéza vyžaduje dvě molekuly fosfatidylglycerolu. Plazmlogy obsahují uhlovodíkové řetězce spojené s glycerolem C-1 vazbou vinyletheru. U savců je 20% glycerofosfolipidů plasmallogeny.

V alkylacylglycerofosfolipidech je alkylový substituent připojen k C-1 glycerolu etherovou vazbou. Tyto glycerofosfolipidy jsou méně hojné než plazmidy.

NAD regenerace

Kosterní sval, mozek a sval létajícího hmyzu používají glycerol 3-fosfátový člun. Glycerol 3-fosfát se skládá hlavně ze dvou isoenzymů: glycerol 3-fosfát dehydrogenázy a flavoprotein dehydrogenázy.

Glycerol 3-fosfát dehydrogenáza katalyzuje oxidaci cytosolického NADH. Tento NADH je produkován glykolýzou, v kroku katalyzovaném glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou (GAPDH). Glycerol 3-fosfát dehydrogenáza katalyzuje přenos dvou elektronů z NADH (redukovaný) na substrát dihydroxyaceton fosfát (oxidovaný).

Produkty katalýzy glycerol 3-fosfát dehydrogenázy jsou NAD ⁺ (oxidovaný) a glycerol 3-fosfát (redukovaný). Ten je oxidován flavoprotein dehydrogenázou, která se nachází ve vnitřní membráně mitochondrie. Tímto způsobem se recykluje DHAP.

Flavoprotein dehydrogenáza se vzdává elektronů do transportního řetězce elektronů. Z tohoto důvodu slouží NADH v cytosolu k biosyntéze 1,5 ATP molekul oxidační fosforylací v elektronovém transportním řetězci. Regenerace NAD ⁺ v cytosolu umožňuje glykosu pokračovat. GAPDH používá NAD ⁺ jako substrát.

Reference

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Biochemie: krátký kurz. WH Freeman, New York.
2. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Buněčná a molekulární biologie. Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biochemie. WW Norton, New York.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerovy principy biochemie. WH Freeman, New York.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochemie: život na molekulární úrovni. Wiley, Hoboken.