ГЛИЦЕРОЛ 3-ФОСФАТ: СТРУКТУРА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В глицерол-3-фосфат е глицерол молекула, притежаваща естерна връзка с фосфатна група, имаща множество функции в метаболизма и част от биомембрани. Тази молекула служи като метаболит за глюконеогенеза, биосинтеза на триацилглицерол и биосинтеза на втори пратеник като диацилглицерол (DAG).

Други функции на глицерол 3-фосфат са биосинтезата на глицерофосфолипиди, като кардиолипин, плазмаллогени и алкилацилглицерофосфолипиди. В допълнение, той участва в совалка, която позволява да се регенерира NAD ⁺ в цитозола.

Източник: Mzaki

Структура и характеристики

Емпиричната формула на глицерол 3-фосфат е C ₃ H ₉ O ₆ P и има три въглеродни атома. Въглеродните атоми 1 и 3 (С-1 и С-3) образуват хидроксиметилови групи (-СН20ОН), докато въглеродният атом 2 (С-2) образува хидроксиметиленова група (-СНОН). Кислородният атом на хидроксиметилната група на С-3 образува естерна връзка с фосфатна група.

Съществуват синоними за глицерол 3-фосфат, като 1,2,3-пропанетриол, 1- (дихидроген фосфат) и 2,3-дихидроксипропил дихидроген фосфат, 3-фосфоглицерол. Молекулното му тегло е 172,07 g / mol.

Стандартната свободна промяна на енергията Gibbs (ΔGº) от хидролиза на фосфатната група на глицерол 3-фосфат е -9,2 KJ / mol.

Този метаболит се превръща в междинен продукт на гликолиза. Когато клетъчното енергийно натоварване е голямо, потокът от гликолиза се намалява и дихидроксиацетон фосфатът (DHAP) служи като изходен материал за биосинтетичните пътища.

Характеристика

Глюконеогенеза и пътя на пентозния фосфат

Глицеролът служи като метаболит за анаболните пътища. За тази цел той трябва да бъде превърнат в гликолитичен междинен продукт чрез два етапа, които изискват ензимите глицерола киназа и глицеролфосфат дехидрогеназа да образуват дихидроксиацетон-фосфатния междинен продукт (DHAP).

Ензимът глицеролакиназа катализира прехвърлянето на фосфатна група от АТФ (аденозин трифосфат) към глицерол, образувайки глицерол 3-фосфат и АДФ (аденозин дифосфат). На следващо място, глицерол 3-фосфат дехидрогеназата катализира окислително-редукционна реакция, при която С-2 на глицерол 3-фосфат се окислява, губейки два електрона.

Електроните от глицерол 3-фосфат (редуцирани) се прехвърлят в NAD ⁺ (окислява се), образувайки DHAP (окислен) и NADH (редуциран). DHAP е междинен метаболит на гликолизата, който осигурява въглеродни скелети за анаболни пътища, като гликоген и нуклеотидна биосинтеза.

Глюкозният 6-фосфат, образуван чрез глюконеогенеза, може да премине към биосинтеза на гликоген или към пътя на пентозния фосфат. По време на биосинтезата на гликоген в черния дроб глюкозата 6-фосфат се превръща в глюкозен 1-фосфат. По време на пътя на пентозния фосфат глюкозата 6-фосфат се превръща в рибоза 5-фосфат.

Биосинтеза на триацилглицерол

Триацилглицеролите са неутрални (незаредени) липиди, които притежават естери на мастни киселини, ковалентно свързани с глицерола. Триацилглицеролите се синтезират от мастни ацил-CoA естери и глицерол 3-фосфат или DHAP.

Глицеронеогенезата е новата биосинтеза на глицерол от оксалоацетат, използвайки ензими глюконеогенеза. Пируват карбоксилаза превръща пируват в оксалоацетат, а фосфоенолпируват карбоксикиназа (PEPCK) превръща оксалоацетат във фосфоенолпируват, гликолитичен междинен продукт.

Фосфоенолпируватът продължава пътя на глюконеогенезата към биосинтеза на DHAP, който се превръща в глицерол чрез глицерол 3-фосфат дехидрогеназа и фосфатаза, която хидролизира фосфатната група. Така образуваният глицерол се използва за биосинтеза на триацилглицероли.

По време на гладуване 30% от мастните киселини, които влизат в черния дроб, се преестерифицират до триацилглицероли и се изнасят като липопротеини с много ниска плътност (VLDL).

Въпреки че адипоцитите не извършват глюконеогенеза, те притежават ензима фосфоенолпируват карбоксикиназа (PEPCK), който участва в глицерогенезата, необходима за биосинтеза на триацилглицерола.

Чести глицерофосфолипиди

Глицерофосфолипидите са 3-фосфатни тристери на глицерол, в които фосфатът е полярната глава. С-1 и С-2 образуват естерни връзки с наситени мастни киселини, като палмитат или стерат, и мононенаситена мастна киселина, като олеат. Това описание съответства на фосфатидат, който е най-простият глицерофосфолипид.

В еукариотните клетъчни мембрани фосфатидатът служи като прекурсор за най-разпространените глицерофосфолипиди, които са фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилетаноламин и фосфатидилинозитол.

Разпределението на липидите (глицерофосфолипиди, сфингофосфолипиди, сфингогликолипиди, холестерол) в клетъчните мембрани не е равномерно. Например, вътрешният монослой на мембраната на еритроцитите е богат на глицерофосфолипиди, докато външният монослой е богат на сфинголипиди.

Глицерофосфолипидите са важни, защото участват в клетъчната сигнализация. Чрез действието на фосфолипазните ензими, като фосфолипаза С, която разрушава естерната връзка на ниво С-3 на фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PPI2), сигналните молекули инозитол 1,4,5-трифосфат и диацилглицерол (DAG).

Често змийските отрови съдържат ензими фосфолипаза А2, които разграждат глицерофосфолипидите. Това причинява увреждане на тъканите чрез разкъсване на мембраните. Освободените мастни киселини действат като детергенти.

По-рядко срещани глицерофосфолипиди

Мембраните на еукариотните клетки съдържат други фосфолипиди като кардиолипин, плазмалогени и алкилацилглицерофосфолипиди.

Кардиолипинът е фосфолипид, който първо е изолиран от сърдечна тъкан. Биосинтезата му изисква две молекули фосфатидилглицерол. Плазмалогените съдържат въглеводородни вериги, свързани с глицерол С-1 чрез връзка с винил етер. При бозайниците 20% от глицерофосфолипидите са плазмаллогени.

В алкилацилглицерофосфолипиди алкиловият заместител е свързан към С-1 на глицерола чрез етерно свързване. Тези глицерофосфолипиди са по-малко обилни от плазмалогените.

NAD регенерация

Скелетният мускул, мозъкът и мускулът на летящите насекоми използват 3-фосфатната совалка на глицерола. Глицерол 3-фосфатът се състои главно от два изоензима: глицерол 3-фосфатна дехидрогеназа и флавопротеин дехидрогеназа.

Глицерол 3-фосфат дехидрогеназа катализира окисляването на цитозолната NADH. Този NADH се произвежда в гликолиза на етапа, катализиран от глицералдехид 3-фосфат дехидрогеназа (GAPDH). Глицерол 3-фосфат дехидрогеназа катализира прехвърлянето на два електрона от NADH (редуциран) към дихидроксиацетон фосфатния субстрат (окислен).

Продуктите на катализата на глицерол 3-фосфат дехидрогеназа са NAD ⁺ (окислена) и глицерол 3-фосфат (редуцирана). Последната се окислява от флавопротеин дехидрогеназа, намираща се във вътрешната мембрана на митохондриите. По този начин DHAP се рециклира.

Флавопротеин дехидрогеназата отдава електрони в електронно-транспортната верига. Поради това NADH в цитозола служи за биосинтеза на 1,5 ATP молекули чрез окислително фосфорилиране в електронно-транспортната верига. Регенерацията на NAD ⁺ в цитозола позволява гликозата да продължи. GAPDH използва NAD ⁺ като субстрат.

Препратки

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Биохимия: кратък курс. WH Freeman, Ню Йорк.
2. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Клетъчна и молекулярна биология. Редакция Médica Panamericana, Буенос Айрес.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Биохимия. WW Norton, Ню Йорк.
4. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Принципи на Лехингер в биохимията. WH Freeman, Ню Йорк.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Основи на биохимията: живот на молекулярно ниво. Уили, Хобокен.