GLICERĪNA 3-FOSFĀTS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Glicerīna 3-fosfāts ir glicerīns molekula ar estera saiti ar fosfāta grupu, kam ir daudzas funkcijas metabolisma un daļu biomembranes. Šī molekula kalpo kā metabolīts glikoneoģenēzē, triacilglicerīna biosintēzē un otrajā kurjeru biosintēzē, piemēram, diacilglicerīns (DAG).

Citas glicerīna 3-fosfāta funkcijas ir glicerofosfolipīdu biosintēze, piemēram, kardiolipīns, plazmalogēni un alkilacilglicerofosfolipīdi. Turklāt tas piedalās atspole, kas ļauj NAD ⁺ reģenerēt citosolā.

Avots: Mzaki

Uzbūve un raksturlielumi

Glicerīna 3-fosfāta empīriskā formula ir C ₃ H ₉ O ₆ P, un tajā ir trīs oglekļa atomi. Oglekļa atomi 1 un 3 (C-1 un C-3) veido hidroksimetilgrupas (-CH2OH), bet oglekļa atoms 2 (C-2) veido hidroksimetilēna grupu (-CHOH). C-3 hidroksimetilgrupas skābekļa atoms veido estera saiti ar fosfāta grupu.

Ir glicerīna 3-fosfāta sinonīmi, piemēram, 1,2,3-propāntriols, 1- (dihidrogēnfosfāts) un 2,3-dihidroksipropildihidrogēnfosfāts, 3-fosfoglicerīns. Tās molekulmasa ir 172,07 g / mol.

Gibba brīvās enerģijas izmaiņas (ΔGº) no 3-fosfāta glicerīna fosfātu grupas hidrolīzes ir -9,2 KJ / mol.

Šis metabolīts tiek pārveidots par glikolīzes starpproduktu. Kad šūnu enerģijas slodze ir liela, plūsma caur glikolīzi samazinās un dihidroksiacetona fosfāts (DHAP) kalpo par izejmateriālu biosintētiskajiem ceļiem.

Iespējas

Glikoneoģenēze un pentozes fosfāta ceļš

Glicerīns kalpo kā anabolisko ceļu metabolīts. Šim nolūkam tas divos posmos jāpārveido par glikolītisku starpproduktu, kam nepieciešami fermenti glicerīna kināze un glicerīna fosfāta dehidrogenāze, lai izveidotu dihidroksiaceton-fosfāta starpproduktu (DHAP).

Fermenta glicerīna kināze katalizē fosfātu grupas pārnešanu no ATP (adenozīna trifosfāta) uz glicerīnu, veidojot glicerīna 3-fosfātu un ADP (adenozīna difosfātu). Tālāk glicerīna 3-fosfāta dehidrogenāze katalizē oksidācijas-reducēšanās reakciju, kurā oksidē glicerīna 3-fosfāta C-2, zaudējot divus elektronus.

Elektroni no glicerīna 3-fosfāta (reducēts) tiek pārnesti uz NAD ⁺ (oksidēts), veidojot DHAP (oksidēts) un NADH (reducēts). DHAP ir glikolīzes starpposma metabolīts, kas nodrošina oglekļa skeletus anaboliskiem ceļiem, piemēram, glikogēna un nukleotīdu biosintēzei.

Glikozes 6-fosfāts, kas veidojas glikoneoģenēzes ceļā, var pāriet uz glikogēna biosintēzi vai uz pentozes fosfāta ceļu. Glikogēna biosintēzes laikā aknās glikozes 6-fosfāts tiek pārveidots par glikozes 1-fosfātu. Pentozes fosfāta ceļa laikā glikozes 6-fosfāts tiek pārveidots par ribozes 5-fosfātu.

Triacilglicerīna biosintēze

Triacilglicerīni ir neitrāli (neuzlādēti) lipīdi, kuriem ir taukskābju esteri, kas ir kovalenti saistīti ar glicerīnu. Triacilglicerīni tiek sintezēti no tauki-acil-CoA esteriem un glicerīna 3-fosfāta vai DHAP.

Gliceroneoģenēze ir jauna glicerīna biosintēze no oksaloacetāta, izmantojot glikoneoģenēzes fermentus. Piruvāta karboksilāze pārvērš piruvātu par oksaloacetātu, un fosfoenolpiruvāta karboksikināze (PEPCK) pārvērš oksaloacetātu par fosfoenolpiruvātu, glikolītisku starpproduktu.

Fosfenolpiruvāts turpina glikoneoģenēzes ceļu uz DHAP biosintēzi, kuru ar glicerīna 3-fosfāta dehidrogenāzi pārvērš glicerīnā un fosfatāzē, kas hidrolizē fosfātu grupu. Šādi izveidoto glicerīnu izmanto triacilglicerīnu biosintēzei.

Bada periodos 30% taukskābju, kas nonāk aknās, tiek atkārtoti esterificētas par triacilglicerīniem un eksportētas kā ļoti zema blīvuma lipoproteīni (VLDL).

Lai arī adipocīti neveic glikoneoģenēzi, viņiem ir enzīms fosfoenolpiruvāta karboksikināze (PEPCK), kas piedalās gliceroģenēzē, kas nepieciešama triacilglicerīna biosintēzei.

Parastie glicerofosfolipīdi

Glicerofosfolipīdi ir glicerīna 3-fosfāta triesteri, kuros fosfāts ir polārā galva. C-1 un C-2 veido esteru saites ar piesātinātām taukskābēm, piemēram, palmitātu vai stearātu, un ar mononepiesātinātām taukskābēm, piemēram, oleātu. Šis apraksts atbilst fosfatidātam, kas ir vienkāršākais glicerofosfolipīds.

Eikariotu šūnu membrānās fosfatidāts kalpo par priekšnoteikumu visizplatītākajiem glicerofosfolipīdiem, kas ir fosfatidilholīns, fosfatidilserīns, fosfatidiletanolamīns un fosfatidilinozitols.

Lipīdu (glicerofosfolipīdu, sfenofosfolipīdu, sfingoglikolipīdu, holesterīna) sadalījums šūnu membrānās nav vienmērīgs. Piemēram, eritrocītu membrānas iekšējais vienslānis ir bagāts ar glicerofosfolipīdiem, savukārt ārējais vienslānis ir bagāts ar sfingolipīdiem.

Glicerofosfolipīdi ir svarīgi, jo tie piedalās šūnu signalizācijā. Iedarbojoties fosfolipāzes fermentiem, piemēram, fosfolipāzei C, kas sagrauj estera saiti fosfatidilinozitol-4,5-bifosfāta (PPI2) C-3 līmenī, signālmolekulas inozitol 1,4,5-trifosfāts un diacilglicerīns (DAG).

Bieži vien čūsku inde satur fosfolipāzes A2 fermentus, kas noārda glicerofosfolipīdus. Tas izraisa audu bojājumus, plīstot membrānām. Izdalītās taukskābes darbojas kā mazgāšanas līdzekļi.

Retāk sastopami glicerofosfolipīdi

Eikariotu šūnu membrānas satur citus fosfolipīdus, piemēram, kardiolipīnu, plazmalogēnus un alkilacilglicerofosfolipīdus.

Kardiolipīns ir fosfolipīds, kas vispirms tika izolēts no sirds audiem. Tās biosintēzei nepieciešamas divas fosfatidilglicerīna molekulas. Plasmalogēni satur ogļūdeņražu ķēdes, kas ar vinilētera saiti ir saistītas ar C-1 glicerīnu. Zīdītājiem 20% glicerofosfolipīdu ir plazmalogēni.

Alkilacilglicerofosfolipīdos alkila aizvietotājs ir pievienots glicerīna C-1 ar ētera savienojumu. Šie glicerofosfolipīdi ir mazāk bagātīgi nekā plazmalogēni.

NAD reģenerācija

Skeleta muskuļos, smadzenēs un lidojošo kukaiņu muskuļos tiek izmantots glicerīna 3-fosfāta atspole. Glicerīna 3-fosfāts galvenokārt sastāv no diviem izoenzīmiem: glicerīna 3-fosfāta dehidrogenāzes un flavoproteīnu dehidrogenāzes.

Glicerīna 3-fosfāta dehidrogenāze katalizē citozola NADH oksidāciju. Šis NADH tiek iegūts glikolīzē, tajā posmā katalizējot glicerraldehīda 3-fosfāta dehidrogenāzi (GAPDH). Glicerīna 3-fosfāta dehidrogenāze katalizē divu elektronu pārnešanu no NADH (reducēts) uz dihidroksiacetona fosfāta substrātu (oksidēts).

Glicerīna 3-fosfāta dehidrogenāzes katalīzes produkti ir NAD ⁺ (oksidēts) un glicerīna 3-fosfāts (reducēts). Pēdējais tiek oksidēts ar flavoproteīnu dehidrogenāzi, kas atrodas mitohondriju iekšējā membrānā. Tādā veidā DHAP tiek pārstrādāts.

Flavoproteīnu dehidrogenāze atsakās no elektroniem elektronu transportēšanas ķēdē. Sakarā ar to NADH citosolā tiek izmantots 1,5 ATP molekulu biosintēzei, veicot oksidatīvu fosforilēšanu elektronu transportēšanas ķēdē. NAD ⁺ reģenerācija citosolā ļauj turpināt glikozi. GAPDH kā substrātu izmanto NAD ⁺ .

Atsauces

1. Bergs, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Bioķīmija: īss kurss. WH Freeman, Ņujorka.
2. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Šūnu un molekulārā bioloģija. Redakcija Médica Panamericana, Buenosairesa.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Bioķīmija. WW Norton, Ņujorka.
4. Nelsons, DL, Cox, MM 2017. Lehingera bioķīmijas principi. WH Freeman, Ņujorka.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Bioķīmijas pamati: dzīve molekulārā līmenī. Vileijs, Hobokens.