ГЛИЦЕРИН-3-ФОСФАТ: СТРОЕНИЕ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Глицерин - 3-фосфат представляет собой молекулу глицерина , имеющую эфирную связь с фосфатной группой, имеющей многочисленные функции в обмене веществ и части биомембран. Эта молекула служит метаболитом для глюконеогенеза, биосинтеза триацилглицерина и биосинтеза вторичного мессенджера, такого как диацилглицерин (DAG).

Другие функции глицерин-3-фосфата - биосинтез глицерофосфолипидов, таких как кардиолипин, плазмаллогены и алкилацилглицерофосфолипиды. Кроме того, он участвует в шаттле, который позволяет NAD ⁺ регенерировать в цитозоле.

Источник: Мзаки

Состав и характеристики

Эмпирическая формула глицерин-3-фосфата - C ₃ H ₉ O ₆ P, и он имеет три атома углерода. Атомы углерода 1 и 3 (C-1 и C-3) образуют гидроксиметильные группы (-CH2OH), а атом углерода 2 (C-2) образует гидроксиметиленовую группу (-CHOH). Атом кислорода гидроксиметильной группы C-3 образует сложноэфирную связь с фосфатной группой.

Есть синонимы глицерин-3-фосфата, такие как 1,2,3-пропантриол, 1- (дигидрофосфат) и 2,3-дигидроксипропилдигидрофосфат, 3-фосфоглицерин. Его молекулярная масса составляет 172,07 г / моль.

Стандартное изменение свободной энергии Гиббса (ΔGº) от гидролиза фосфатной группы глицерин-3-фосфата составляет -9,2 кДж / моль.

Этот метаболит превращается в промежуточный продукт гликолиза. Когда клеточная энергетическая нагрузка высока, поток через гликолиз уменьшается, и дигидроксиацетонфосфат (DHAP) служит исходным материалом для биосинтетических путей.

Характеристики

Глюконеогенез и пентозофосфатный путь

Глицерин служит метаболитом анаболических путей. Для этого его необходимо превратить в гликолитический промежуточный продукт в два этапа, которые требуют, чтобы ферменты глицеринкиназа и глицеринфосфатдегидрогеназа образовали промежуточный дигидроксиацетон-фосфат (DHAP).

Фермент глицеринкиназа катализирует перенос фосфатной группы от АТФ (аденозинтрифосфат) к глицерину, образуя глицерин-3-фосфат и АДФ (аденозиндифосфат). Затем глицерин-3-фосфатдегидрогеназа катализирует окислительно-восстановительную реакцию, в которой C-2 глицерин-3-фосфата окисляется, теряя два электрона.

Электроны из глицерин-3-фосфата (восстановленный) переходят на NAD ⁺ (окисленный), образуя DHAP (окисленный) и НАДН (восстановленный). DHAP представляет собой промежуточный метаболит гликолиза, который обеспечивает углеродный скелет для анаболических путей, таких как биосинтез гликогена и нуклеотидов.

Глюкозо-6-фосфат, образующийся в результате глюконеогенеза, может переходить в биосинтез гликогена или пентозофосфатный путь. Во время биосинтеза гликогена в печени глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат. Во время пентозофосфатного пути глюкозо-6-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат.

Биосинтез триацилглицерина

Триацилглицерины представляют собой нейтральные (незаряженные) липиды, которые содержат сложные эфиры жирных кислот, ковалентно связанные с глицерином. Триацилглицерины синтезируются из сложных эфиров жирных ацил-КоА и глицерин-3-фосфата или DHAP.

Глицеронеогенез - это новый биосинтез глицерина из оксалоацетата с использованием ферментов глюконеогенеза. Пируваткарбоксилаза превращает пируват в оксалоацетат, а фосфоенолпируваткарбоксиказа (PEPCK) превращает оксалоацетат в фосфоенолпируват, промежуточный продукт гликолиза.

Фосфоенолпируват продолжает путь глюконеогенеза в направлении биосинтеза DHAP, который превращается в глицерин под действием глицерин-3-фосфатдегидрогеназы и фосфатазы, гидролизующей фосфатную группу. Образованный таким образом глицерин используется для биосинтеза триацилглицеринов.

В периоды голодания 30% жирных кислот, попадающих в печень, реэтерифицируются до триацилглицеринов и экспортируются в виде липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП).

Хотя адипоциты не осуществляют глюконеогенез, они обладают ферментом фосфоенолпируваткарбоксикиназой (PEPCK), который участвует в глицерогенезе, необходимом для биосинтеза триацилглицерина.

Общие глицерофосфолипиды

Глицерофосфолипиды представляют собой триэфиры глицерин-3-фосфата, в которых фосфат является полярной головкой. C-1 и C-2 образуют сложноэфирные связи с насыщенными жирными кислотами, такими как пальмитат или стерат, и мононенасыщенной жирной кислотой, такой как олеат. Это описание соответствует фосфатидату, который является простейшим глицерофосфолипидом.

В мембранах эукариотических клеток фосфатидат служит предшественником наиболее распространенных глицерофосфолипидов, которыми являются фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилинозитол.

Распределение липидов (глицерофосфолипидов, сфингофосфолипидов, сфингогликолипидов, холестерина) в клеточных мембранах неоднородно. Например, внутренний монослой мембраны эритроцита богат глицерофосфолипидами, а внешний монослой богат сфинголипидами.

Глицерофосфолипиды важны, потому что они участвуют в передаче сигналов клетками. Благодаря действию ферментов фосфолипазы, таких как фосфолипаза C, которая разрывает сложноэфирную связь на уровне C-3 фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PPI2), сигнальные молекулы инозитол-1,4,5-трифосфата и диацилглицерин (ДАГ).

Часто змеиный яд содержит ферменты фосфолипазы А2, которые расщепляют глицерофосфолипиды. Это вызывает повреждение тканей за счет разрыва мембран. Выделяемые жирные кислоты действуют как моющие средства.

Менее распространенные глицерофосфолипиды

Мембраны эукариотических клеток содержат другие фосфолипиды, такие как кардиолипин, плазмалогены и алкилацилглицерофосфолипиды.

Кардиолипин - это фосфолипид, который впервые был выделен из ткани сердца. Для его биосинтеза необходимы две молекулы фосфатидилглицерина. Плазмалогены содержат углеводородные цепи, связанные с глицерином C-1 связью простого винилового эфира. У млекопитающих 20% глицерофосфолипидов составляют плазмаллогены.

В алкилацилглицерофосфолипидах алкильный заместитель присоединен к C-1 глицерина простой эфирной связью. Эти глицерофосфолипиды менее распространены, чем плазмалогены.

Регенерация НАД

Скелетные мышцы, мозг и мышцы летающих насекомых используют глицерин-3-фосфатный челнок. Глицерин-3-фосфат состоит в основном из двух изоферментов: глицерин-3-фосфатдегидрогеназы и флавопротеиндегидрогеназы.

Глицерин-3-фосфатдегидрогеназа катализирует окисление цитозольного НАДН. Этот НАДН образуется при гликолизе на стадии, катализируемой глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (GAPDH). Глицерин-3-фосфатдегидрогеназа катализирует перенос двух электронов от НАДН (восстановленного) к субстрату дигидроксиацетонфосфата (окисленному).

Продуктами катализа глицерин-3-фосфатдегидрогеназы являются НАД ⁺ (окисленный) и глицерин-3-фосфат (восстановленный). Последний окисляется флавопротеиндегидрогеназой, обнаруженной во внутренней мембране митохондрий. Таким образом, DHAP перерабатывается.

Флавопротеиндегидрогеназа отдает электроны цепи переноса электронов. Из-за этого НАДН в цитозоле служит для биосинтеза 1,5 молекул АТФ путем окислительного фосфорилирования в цепи переноса электронов. Регенерация НАД ⁺ в цитозоле позволяет гликозу продолжаться. GAPDH использует NAD ⁺ в качестве субстрата.

Ссылки

1. Берг, Дж. М., Тимочко, Дж. Л., Страйер, Л. 2015. Биохимия: краткий курс. WH Freeman, Нью-Йорк.
2. Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, С.Л., Мацудария, П., Балтимор, Д., Дарнелл, Дж. 2003. Клеточная и молекулярная биология. От редакции Médica Panamericana, Буэнос-Айрес.
3. Мисфельд, Р.Л., МакЭвой, М.М. 2017. Биохимия. WW Нортон, Нью-Йорк.
4. Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М. 2017. Принципы биохимии Ленингера. WH Freeman, Нью-Йорк.
5. Воет, Д., Воет, Дж. Г., Пратт, К. В. 2008. Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне. Уайли, Хобокен.