GLYCEROL 3-FOSFÁT: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Glycerol-3-fosfát je glycerol molekula majúca esterovou väzbu s fosfátovú skupinou, ktoré majú početné funkcie v metabolizme a časť biomembrán. Táto molekula slúži ako metabolit pre glukoneogenézu, biosyntézu triacylglycerolu a biosyntézu druhého posla, ako je diacylglycerol (DAG).

Ďalšími funkciami glycerol-3-fosfátu sú biosyntéza glycerofosfolipidov, ako napríklad kardiolipínu, plazmatológov a alkylacylglycerofosfolipidov. Ďalej sa podieľa na kyvadlovej doprave, ktorá umožňuje regeneráciu NAD ⁺ v cytosóle.

Zdroj: Mzaki

Štruktúra a vlastnosti

Empirický vzorec glycerol-3-fosfát je C ₃ H ₉ O ₆ P a má tri atómy uhlíka. Atómy uhlíka 1 a 3 (C-1 a C-3) tvoria hydroxymetylové skupiny (-CH20H), zatiaľ čo atóm uhlíka 2 (C-2) tvorí hydroxymetylénovú skupinu (-CHOH). Atóm kyslíka hydroxymetylovej skupiny C-3 tvorí esterovú väzbu s fosfátovou skupinou.

Existujú synonymá pre glycerol 3-fosfát, ako je 1,2,3-propántriol, 1- (dihydrogenfosfát) a 2,3-dihydroxypropyl-dihydrogenfosfát, 3-fosfoglycerol. Jeho molekulová hmotnosť je 172,07 g / mol.

Štandardná zmena Gibbsovej voľnej energie (AGº) z hydrolýzy fosfátovej skupiny glycerol 3-fosfátu je -9,2 KJ / mol.

Tento metabolit sa premieňa na medziprodukt glykolýzy. Keď je bunková energetická záťaž vysoká, prietok glykolýzou sa zníži a dihydroxyacetónfosfát (DHAP) slúži ako východiskový materiál pre biosyntetické dráhy.

Vlastnosti

Glukoneogenéza a dráha pentózofosfátu

Glycerol slúži ako metabolit pre anabolické dráhy. Na tento účel sa musí konvertovať na glykolytický medziprodukt dvoma krokmi, ktoré vyžadujú enzýmy glycerol kináza a glycerol fosfát dehydrogenáza, aby vytvorili medziprodukt dihydroxyacetón-fosfát (DHAP).

Enzým glycerol kináza katalyzuje prenos fosfátovej skupiny z ATP (adenozíntrifosfát) na glycerol za vzniku glycerol 3-fosfátu a ADP (adenozín difosfát). Ďalej glycerol-3-fosfátdehydrogenáza katalyzuje oxidačno-redukčnú reakciu, pri ktorej sa oxiduje C-2 glycerol-3-fosfátu a stráca dva elektróny.

Elektróny z glycerol-3-fosfátu (redukované) sa prenesú do NAD ⁺ (oxidované), pričom sa vytvoria DHAP (oxidované) a NADH (redukované). DHAP je medziproduktový metabolit glykolýzy, ktorý poskytuje uhlíkové kostry pre anabolické dráhy, ako je biosyntéza glykogénu a nukleotidov.

Glukóza-6-fosfát tvorený glukoneogenézou môže prejsť k biosyntéze glykogénu alebo k ceste s pentózofosfátom. Počas biosyntézy glykogénu v pečeni sa 6-fosfát glukózy premieňa na 1-fosfát glukózy. Počas dráhy pentózofosfátu sa 6-fosfát glukózy premieňa na 5-fosfát ribózy.

Biosyntéza triacylglycerolu

Triacylglyceroly sú neutrálne (nenabité) lipidy, ktoré obsahujú estery mastných kyselín kovalentne viazané na glycerol. Triacylglyceroly sa syntetizujú z mastných acyl-CoA esterov a glycerol-3-fosfátu alebo DHAP.

Glyceronogenéza je nová biosyntéza glycerolu z oxaloacetátu pomocou enzýmov glukoneogenézy. Pyruvátkarboxyláza prevádza pyruvát na oxaloacetát a fosfoenolpyruvát karboxykináza (PEPCK) konvertuje oxaloacetát na fosfoenolpyruvát, glykolytický medziprodukt.

Fosfoenolpyruvát pokračuje v ceste glukoneogenézy smerom k biosyntéze DHAP, ktorý je konvertovaný na glycerol glycerol-3-fosfátdehydrogenázou a fosfatázou, ktorá hydrolyzuje fosfátovú skupinu. Takto vytvorený glycerol sa používa na biosyntézu triacylglycerolov.

Počas hladovania sa 30% mastných kyselín, ktoré vstupujú do pečene, reesterifikuje na triacylglyceroly a vyváža sa ako lipoproteíny s veľmi nízkou hustotou (VLDL).

Aj keď adipocyty nevykonávajú glukoneogenézu, majú enzým fosfoenolpyruvát karboxykináza (PEPCK), ktorý sa podieľa na glycerogenéze, ktorá je nevyhnutná pre biosyntézu triacylglycerolu.

Bežné glycerofosfolipidy

Glycerofosfolipidy sú triestery glycerol-3-fosfátu, v ktorých fosfát je polárna hlava. C-1 a C-2 tvoria esterové väzby s nasýtenými mastnými kyselinami, ako je palmitát alebo sterrát, a mononenasýtenými mastnými kyselinami, ako je oleát. Tento opis zodpovedá fosfatidátu, ktorý je najjednoduchším glycerofosfolipidom.

V eukaryotických bunkových membránach fosfatidát slúži ako prekurzor najbežnejších glycerofosfolipidov, ktorými sú fosfatidylcholín, fosfatidylserín, fosfatidyletanolamín a fosfatidylinozitol.

Distribúcia lipidov (glycerofosfolipidov, sfingofosfolipidov, sfingoglykolipidov, cholesterolu) v bunkových membránach nie je rovnomerná. Napríklad vnútorná monovrstva membrány erytrocytov je bohatá na glycerofosfolipidy, zatiaľ čo vonkajšia monovrstva je bohatá na sfingolipidy.

Glycerofosfolipidy sú dôležité, pretože sa podieľajú na signalizácii buniek. Pôsobením enzýmov fosfolipázy, ako je napríklad fosfolipáza C, ktorá rozbíja esterovú väzbu na úrovni C-3 fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfátu (PPI2), signalizačné molekuly inositol 1,4,5-trifosfát a diacylglycerol (DAG).

Hadí jedy často obsahujú enzýmy fosfolipázy A2, ktoré štiepia glycerofosfolipidy. To spôsobuje poškodenie tkaniva pretrhnutím membrán. Uvoľnené mastné kyseliny pôsobia ako detergenty.

Menej bežné glycerofosfolipidy

Membrány eukaryotických buniek obsahujú ďalšie fosfolipidy, ako napríklad kardiolipín, plazmidy a alkylacylglycerofosfolipidy.

Kardiolipín je fosfolipid, ktorý bol prvýkrát izolovaný zo srdcového tkaniva. Jeho biosyntéza vyžaduje dve molekuly fosfatidylglycerolu. Plazmogény obsahujú uhľovodíkové reťazce spojené s glycerolom C-1 vinyléterovou väzbou. U cicavcov je 20% glycerofosfolipidov plazmatológmi.

V alkylacylglycerofosfolipidoch je alkylový substituent naviazaný na C-1 glycerolu pomocou éterovej väzby. Tieto glycerofosfolipidy sú menej hojné ako plazmidy.

Regenerácia NAD

Kostrové svaly, mozog a svaly lietajúceho hmyzu používajú člnok glycerol 3-fosfát. Glycerol 3-fosfát pozostáva hlavne z dvoch izoenzýmov: glycerol 3-fosfát dehydrogenázy a flavoproteín dehydrogenázy.

Glycerol 3-fosfát dehydrogenáza katalyzuje oxidáciu cytosolického NADH. Tento NADH sa vyrába pri glykolýze v kroku katalyzovanom glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou (GAPDH). Glycerol 3-fosfát dehydrogenáza katalyzuje prenos dvoch elektrónov z NADH (redukovaný) na substrát dihydroxyacetónfosfátu (oxidovaný).

Produkty katalýzy glycerol 3-fosfát dehydrogenázy sú NAD ⁺ (oxidovaný) a glycerol 3-fosfát (redukovaný). Ten je oxidovaný flavoproteín dehydrogenázou nachádzajúcou sa vo vnútornej membráne mitochondrie. Týmto spôsobom sa DHAP recykluje.

Flavoproteín dehydrogenáza sa vzdáva elektrónov do elektrónového transportného reťazca. Z tohto dôvodu sa NADH v cytosole používa na biosyntézu 1,5 ATP molekúl oxidačnou fosforyláciou v elektrónovom transportnom reťazci. Regenerácia NAD ⁺ v cytozole umožňuje pokračovanie glykózy. GAPDH používa NAD ⁺ ako substrát.

Referencie

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Biochémia: krátky kurz. WH Freeman, New York.
2. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Bunková a molekulárna biológia. Editorial Médica Panamericana, Buenos Aires.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biochemistry. WW Norton, New York.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerove princípy biochémie. WH Freeman, New York.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochémie: život na molekulárnej úrovni. Wiley, Hoboken.