3-FOSFORAN GLICEROLU: BUDOWA, CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2026

Gliceryny 3-fosforanu to cząsteczki glicerolu mający wiązanie estrowe z grupą fosforanową, posiadające różne funkcje w metabolizmie i część biomembranes. Ta cząsteczka służy jako metabolit do glukoneogenezy, biosyntezy triacyloglicerolu i biosyntezy drugiego przekaźnika, takiego jak diacyloglicerol (DAG).

Inne funkcje 3-fosforanu glicerolu to biosynteza glicerofosfolipidów, takich jak kardiolipina, plazmalogeny i alkilacyloglicerofosfolipidy. Ponadto uczestniczy w czółenku, który umożliwia regenerację NAD ⁺ w cytozolu.

Źródło: Mzaki

Struktura i charakterystyka

Wzór empiryczny 3-fosforanu glicerolu to C ₃ H ₉ O ₆ P i zawiera on trzy atomy węgla. Atomy węgla 1 i 3 (C-1 i C-3) tworzą grupy hydroksymetylowe (-CH2OH), natomiast atom węgla 2 (C-2) tworzy grupę hydroksymetylenową (-CHOH). Atom tlenu grupy hydroksymetylowej C-3 tworzy wiązanie estrowe z grupą fosforanową.

Istnieją synonimy dla 3-fosforanu glicerolu, takie jak 1,2,3-propanotriol, 1- (diwodorofosforan) i 2,3-dihydroksypropylodwodorofosforan, 3-fosfoglicerol. Jego masa cząsteczkowa wynosi 172,07 g / mol.

Standardowa zmiana energii swobodnej Gibbsa (ΔGº) w wyniku hydrolizy grupy fosforanowej 3-fosforanu glicerolu wynosi -9,2 KJ / mol.

Ten metabolit jest przekształcany w półprodukt glikolizy. Kiedy komórkowe obciążenie energią jest wysokie, przepływ przez glikolizę jest zmniejszony, a fosforan dihydroksyacetonu (DHAP) służy jako materiał wyjściowy dla szlaków biosyntezy.

cechy

Glukoneogeneza i szlak pentozofosforanowy

Glicerol służy jako metabolit szlaków anabolicznych. W tym celu należy go przekształcić w glikolityczny związek pośredni w dwóch etapach, które wymagają enzymów kinazy glicerolowej i dehydrogenazy glicerolofosforanowej do utworzenia półproduktu dihydroksyacetono-fosforanowego (DHAP).

Enzym kinaza glicerolowa katalizuje przeniesienie grupy fosforanowej z ATP (trifosforan adenozyny) do glicerolu, tworząc 3-fosforan glicerolu i ADP (difosforan adenozyny). Następnie dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanu katalizuje reakcję utleniania-redukcji, w której C-2 glicerolu-3-fosforanu jest utleniany, tracąc dwa elektrony.

Elektrony z 3-fosforanu glicerolu (zredukowany) są przenoszone do NAD ⁺ (utleniony), tworząc DHAP (utleniony) i NADH (zredukowany). DHAP jest pośrednim metabolitem glikolizy, który zapewnia szkielety węglowe dla szlaków anabolicznych, takich jak biosynteza glikogenu i nukleotydów.

Glukozo-6-fosforan powstały w wyniku glukoneogenezy może przejść do biosyntezy glikogenu lub do szlaku pentozofosforanowego. Podczas biosyntezy glikogenu w wątrobie 6-fosforan glukozy przekształca się w glukozo-1-fosforan. Podczas szlaku pentozofosforanowego, glukozo-6-fosforan jest przekształcany w rybozo-5-fosforan.

Biosynteza triacyloglicerolu

Triacyloglicerole to obojętne (nienaładowane) lipidy zawierające estry kwasów tłuszczowych kowalencyjnie związane z glicerolem. Triacyloglicerole są syntetyzowane z tłuszczowych estrów acylo-CoA i 3-fosforanu glicerolu lub DHAP.

Gliceroneogeneza to nowa biosynteza glicerolu ze szczawiooctanu z wykorzystaniem enzymów glukoneogenezy. Karboksylaza pirogronianowa przekształca pirogronian w szczawiooctan, a karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa (PEPCK) przekształca szczawiooctan w fosfoenolopirogronian, glikolityczny związek pośredni.

Fosfoenolopirogronian kontynuuje szlak glukoneogenezy w kierunku biosyntezy DHAP, który jest konwertowany do glicerolu przez dehydrogenazę glicerolu 3-fosforanu i fosfatazę hydrolizującą grupę fosforanową. Tak utworzony glicerol jest używany do biosyntezy triacylogliceroli.

W okresach głodu 30% kwasów tłuszczowych, które dostają się do wątroby, jest reestryfikowanych do triacylogliceroli i eksportowanych jako lipoproteiny o bardzo małej gęstości (VLDL).

Chociaż adipocyty nie przeprowadzają glukoneogenezy, posiadają enzym karboksykinazę fosfoenolopirogronianową (PEPCK), który bierze udział w glicerogenezie niezbędnej do biosyntezy triacyloglicerolu.

Powszechne glicerofosfolipidy

Glicerofosfolipidy to triestry glicerolu 3-fosforanu, w których fosforan jest głową polarną. C-1 i C-2 tworzą wiązania estrowe z nasyconymi kwasami tłuszczowymi, takimi jak palmitynian lub stearynian, oraz jednonienasyconymi kwasami tłuszczowymi, takimi jak oleinian. Opis ten odnosi się do fosfatydatu, który jest najprostszym glicerofosfolipidem.

W błonach komórek eukariotycznych fosfatydat służy jako prekursor dla najpowszechniejszych glicerofosfolipidów, którymi są fosfatydylocholina, fosfatydyloseryna, fosfatydyloetanoloamina i fosfatydyloinozytol.

Rozkład lipidów (glicerofosfolipidów, sfingofosfolipidów, sfingoglikolipidów, cholesterolu) w błonach komórkowych nie jest jednolity. Na przykład wewnętrzna monowarstwa błony erytrocytów jest bogata w glicerofosfolipidy, podczas gdy zewnętrzna monowarstwa jest bogata w sfingolipidy.

Glicerofosfolipidy są ważne, ponieważ uczestniczą w sygnalizacji komórkowej. Poprzez działanie enzymów fosfolipaz, takich jak fosfolipaza C, która przerywa wiązanie estrowe na poziomie C-3 fosfatydyloinozytolo-4,5-bisfosforanu (PPI2), cząsteczki sygnałowe inozytolu 1,4,5-trifosforan i diacyloglicerol (DAG).

Często jad węży zawiera enzymy fosfolipazy A2, które rozkładają glicerofosfolipidy. Powoduje to uszkodzenie tkanki poprzez zerwanie błon. Uwolnione kwasy tłuszczowe działają jak detergenty.

Mniej powszechne glicerofosfolipidy

Błony komórek eukariotycznych zawierają inne fosfolipidy, takie jak kardiolipina, plazmalogeny i alkilacyloglicerofosfolipidy.

Kardiolipina jest fosfolipidem, który został najpierw wyizolowany z tkanki serca. Jego biosynteza wymaga dwóch cząsteczek fosfatydyloglicerolu. Plazmalogeny zawierają łańcuchy węglowodorowe połączone z glicerolem C-1 wiązaniem eteru winylowego. U ssaków 20% glicerofosfolipidów to plazmalogeny.

W alkiloacyloglicerofosfolipidach podstawnik alkilowy jest przyłączony do C-1 glicerolu wiązaniem eterowym. Te glicerofosfolipidy występują w mniejszych ilościach niż plazmalogeny.

Regeneracja NAD

Mięśnie szkieletowe, mózg i mięśnie owadów latających wykorzystują transfer gliceryno-3-fosforanowy. 3-fosforan glicerolu składa się głównie z dwóch izoenzymów: dehydrogenazy glicerolu 3-fosforanu i dehydrogenazy flawoproteinowej.

Dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanu katalizuje utlenianie cytozolowego NADH. Ten NADH jest wytwarzany w procesie glikolizy, w etapie katalizowanym przez dehydrogenazę gliceraldehydo-3-fosforanu (GAPDH). Dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanu katalizuje przeniesienie dwóch elektronów z NADH (zredukowany) do substratu fosforanu dihydroksyacetonu (utleniony).

Produkty katalizy dehydrogenazy glicerolu 3-fosforanu to NAD ⁺ (utleniony) i 3-fosforan glicerolu (zredukowany). Ten ostatni jest utleniany przez dehydrogenazę flawoproteinową znajdującą się w wewnętrznej błonie mitochondriów. W ten sposób DHAP podlega recyklingowi.

Dehydrogenaza flawoproteinowa oddaje elektrony do łańcucha transportu elektronów. Z tego powodu NADH w cytozolu jest wykorzystywany do biosyntezy 1,5 cząsteczek ATP poprzez fosforylację oksydacyjną w łańcuchu transportu elektronów. Regeneracja NAD ⁺ w cytozolu umożliwia kontynuację glikozy. GAPDH wykorzystuje NAD ⁺ jako podłoże.

Bibliografia

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Biochemia: krótki kurs. WH Freeman, Nowy Jork.
2. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellular and Molecular biology. Artykuł redakcyjny Médica Panamericana, Buenos Aires.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biochemistry. WW Norton, Nowy Jork.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Zasady Lehningera biochemii. WH Freeman, Nowy Jork.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Podstawy biochemii: życie na poziomie molekularnym. Wiley, Hoboken.