GLICEROL 3-FOSFAT: ZGRADBA, LASTNOSTI, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Glicerol 3-fosfat je glicerol molekula, ki ima estrsko vez s fosfatno skupino, ki ima številne funkcije v metabolizmu in delu biomembran. Ta molekula služi kot presnovek za glukoneogenezo, biosintezo triacilglicerola in biosintezo drugega messengerja, kot je diacilglicerol (DAG).

Druge funkcije glicerol 3-fosfata so biosinteza glicerofosfolipidov, kot so kardiolipin, plazmallogeni in alkilacilglicerofosfolipidi. Poleg tega sodeluje v šatlu, ki omogoča regeneracijo NAD ⁺ v citosolu.

Vir: Mzaki

Struktura in značilnosti

Empirična formula glicerol 3-fosfata je C ₃ H ₉ O ₆ P in ima tri ogljikove atome. Ogljikova atoma 1 in 3 (C-1 in C-3) tvorita hidroksimetilne skupine (-CH2OH), medtem ko ogljikov atom 2 (C-2) tvori hidroksimetilensko skupino (-CHOH). Kisik atom hidroksimetilne skupine C-3 tvori estersko vez s fosfatno skupino.

Obstajajo sinonimi za 3-fosfat glicerola, kot so 1,2,3-propanetriol, 1- (dihidrogenfosfat) in 2,3-dihidroksipropil dihidrogen fosfat, 3-fosfoglicerol. Njegova molekulska teža je 172,07 g / mol.

Standardna Gibbsova sprememba energije (ΔGº) zaradi hidrolize fosfatne skupine glicerol 3-fosfata znaša -9,2 KJ / mol.

Ta presnovek se pretvori v intermediat glikolize. Ko je obremenitev celične energije velika, se pretok glikolize zmanjša in dihidroksiaceton fosfat (DHAP) služi kot izhodiščni material za biosintetske poti.

Lastnosti

Glukoneogeneza in pot pentoznega fosfata

Glicerol služi kot presnovek za anabolične poti. Za to se mora pretvoriti v glikolitični intermediat v dveh korakih, ki zahtevata, da encima glicerol kinaza in glicerol fosfat dehidrogenaza tvorita dihidroksiaceton-fosfatni intermediat (DHAP).

Encim glicerol kinaza katalizira prenos fosfatne skupine iz ATP (adenozin trifosfat) v glicerol, tvori glicerol 3-fosfat in ADP (adenozin difosfat). Nato glicerol 3-fosfat dehidrogenaza katalizira oksidacijsko-redukcijsko reakcijo, pri kateri se C-2 glicerol-3-fosfata oksidira in izgubi dva elektrona.

Elektroni iz 3-fosfata glicerola (reducirani) se prenesejo v NAD ⁺ (oksidirajo) in tvorijo DHAP (oksidirano) in NADH (reducirano). DHAP je vmesni presnovek glikolize, ki zagotavlja ogljikove okostje za anabolične poti, kot sta biosinteza glikogena in nukleotidov.

6-fosfat glukoze, ki nastane z glukoneogenezo, lahko nadaljuje z biosintezo glikogena ali s pentoznim fosfatom. Med biosintezo glikogena v jetrih se glukozni 6-fosfat pretvori v glukozni 1-fosfat. Med potjo pentoznega fosfata se 6-fosfat glukoze pretvori v riboze 5-fosfat.

Biosinteza triacilglicerola

Triacilgliceroli so nevtralni (nepolnjeni) lipidi, ki imajo estre maščobne kisline, kovalentno vezane na glicerol. Triacilgliceroli se sintetizirajo iz maščobnih estrov acil-CoA in glicerol 3-fosfata ali DHAP.

Gliceroneogeneza je nova biosinteza glicerola iz oksaloacetata z uporabo encimov glukoneogeneze. Piruvat karboksilaza pretvori piruvat v oksaloacetat, fosfoenolpiruvat karboksikinaza (PEPCK) pa oksaloacetat pretvori v fosfoenolpiruvat, glikolizitni intermediat.

Fosfoenolpiruvat nadaljuje pot glukoneogeneze proti biosintezi DHAP, ki se pretvori v glicerol z glicerol 3-fosfat dehidrogenazo in fosfatazo, ki hidrolizira fosfatno skupino. Tako ustvarjen glicerol se uporablja za biosintezo triacilglicerolov.

V obdobjih stradanja se 30% maščobnih kislin, ki vstopijo v jetra, ponovno sterilizira v triacilglicerole in izvozi kot lipoproteini zelo nizke gostote (VLDL).

Čeprav adipociti ne izvajajo glukoneogeneze, imajo encim fosfoenolpiruvat karboksikinaza (PEPCK), ki sodeluje v glicerolgenezi, ki je potrebna za biosintezo triacilglicerola.

Pogosti glicerofosfolipidi

Glicerofosfolipidi so glicerolni 3-fosfatni poskusi, v katerih je fosfat polarna glava. C-1 in C-2 tvorita estrske vezi z nasičenimi maščobnimi kislinami, kot sta palmitat ali sterat, in mono nenasičeno maščobno kislino, kot je oleat. Ta opis ustreza fosfatidatu, ki je najpreprostejši glicerofosfolipid.

V evkariontskih celičnih membranah fosfatidat služi kot predhodnik najpogostejših glicerofosfolipidov, to so fosfatidilholin, fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin in fosfatidilinozitol.

Porazdelitev lipidov (glicerofosfolipidi, sfingofosfolipidi, sfingoglikolipidi, holesterol) v celičnih membranah ni enakomerna. Na primer, notranji monoplast membrane eritrocitov je bogat z glicerofosfolipidi, medtem ko je zunanji monoplast bogat sfingolipidom.

Glicerofosfolipidi so pomembni, ker sodelujejo pri celični signalizaciji. Z delovanjem encimov fosfolipaze, kot je fosfolipaza C, ki poruši estersko vez na ravni C-3 fosfatidilinozitol-4,5-bisfosfata (PPI2), signalne molekule inozitol 1,4,5-trifosfat in diacilglicerol (DAG).

Kačji strupi pogosto vsebujejo encime fosfolipaze A2, ki razgrajujejo glicerofosfolipide. To povzroči poškodbe tkiva z rupturo membran. Sproščene maščobne kisline delujejo kot detergenti.

Manj pogosti glicerofosfolipidi

Membrane evkariontskih celic vsebujejo druge fosfolipide, kot so kardiolipin, plazmalogeni in alkilacilglicerofosfolipidi.

Kardiolipin je fosfolipid, ki je bil najprej izoliran iz srčnega tkiva. Njegova biosinteza zahteva dve molekuli fosfatidilglicerola. Plazmalogeni vsebujejo ogljikovodikove verige, povezane z glicerolom C-1 z vezjo vinil etra. Pri sesalcih je 20% glicerofosfolipidov plazmallogeni.

V alkilacilglicerofosfolipidi je alkilni substituent vezan na C-1 glicerola z etrsko vezjo. Ti glicerofosfolipidi so manj obilni kot plazmologeni.

Regeneracija NAD

Za skeletne mišice, možgane in mišice letečih žuželk se uporablja glicerol 3-fosfatni čoln. Glicerol 3-fosfat sestavljata predvsem dva izoencima: glicerol 3-fosfat dehidrogenaza in flavoprotein dehidrogenaza.

Glicerol 3-fosfat dehidrogenaza katalizira oksidacijo citosolne NADH. Ta NADH nastaja v glikolizi v fazi, kataliziranem z gliceraldehidno 3-fosfat dehidrogenazo (GAPDH). Glicerol 3-fosfat dehidrogenaza katalizira prenos dveh elektronov iz NADH (reduciranega) na dihidroksiaceton fosfatni substrat (oksidira).

Produkta katalize glicerol 3-fosfat dehidrogenaze sta NAD ⁺ (oksidirana) in glicerol 3-fosfat (zmanjšana). Slednjo oksidira flavoprotein dehidrogenaza, ki jo najdemo v notranji membrani mitohondrijev. Na ta način se reciklira DHAP.

Flavoprotein dehidrogenaza odda elektrone v verigo prenosa elektronov. Zaradi tega se NADH v citosolu uporablja za biosintezo 1,5 ATP molekul z oksidativno fosforilacijo v verigi prenosa elektronov. Regeneracija NAD ⁺ v citosolu omogoča nadaljevanje glikoze. GAPDH uporablja NAD ⁺ kot substrat.

Reference

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Biokemija: kratek tečaj. WH Freeman, New York.
2. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celična in molekularna biologija. Uredništvo Médica Panamericana, Buenos Aires.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biokemija. WW Norton, New York.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerjevi principi biokemije. WH Freeman, New York.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Osnove biokemije: življenje na molekularni ravni. Wiley, Hoboken.