ГЛІЦЕРИН 3-ФОСФАТ: БУДОВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Гліцерин - 3-фосфат являє собою молекулу гліцерину , що має ефірну зв'язок з фосфатної групою, що має численні функції в обміні речовин і частини биомембран. Ця молекула служить метаболітом для глюконеогенезу, біосинтезу триацилгліцерину та біосинтезу другого месенджера, такого як діацилгліцерин (DAG).

Інші функції гліцеринового 3-фосфату - це біосинтез гліцерофосфоліпідів, таких як кардіоліпін, плазмаллогени та алкилацилгліцерофосфоліпіди. Крім того, він бере участь у шатлі, що дозволяє регенерувати NAD ⁺ у цитозолі.

Джерело: Мзакі

Будова та характеристики

Емпірична формула 3-фосфату гліцерину - C ₃ H ₉ O ₆ P і має три атоми вуглецю. Атоми вуглецю 1 і 3 (C-1 і C-3) утворюють гідроксиметильні групи (-CH2OH), а атом вуглецю 2 (C-2) утворює гідроксиметиленову групу (-CHOH). Атом кисню гідроксиметильної групи С-3 утворює ефірний зв’язок з фосфатною групою.

Існують синоніми 3-фосфату гліцерину, такі як 1,2,3-пропанетріол, 1- (дигідрофосфат) та 2,3-дигідроксипропілдигідрофосфат, 3-фосфогліцерин. Його молекулярна маса - 172,07 г / моль.

Стандартна вільна зміна енергії Гіббса (ΔGº) від гідролізу фосфатної групи 3-фосфату гліцерину становить -9,2 КДж / моль.

Цей метаболіт перетворюється на проміжний елемент гліколізу. Коли енергетичне навантаження на клітину велике, потік гліколізу зменшується, а дигідроксіацетонфосфат (DHAP) служить вихідним матеріалом для біосинтетичних шляхів.

Особливості

Глюконеогенез та пентозофосфатний шлях

Гліцерин служить метаболітом анаболічних шляхів. Для цього його необхідно перетворити на гліколітичний проміжний продукт через дві стадії, для яких необхідні ферменти гліцеринкіназа та гліцеролфосфатдегідрогеназа для утворення дигідроксіацетон-фосфатного проміжного продукту (DHAP).

Фермент гліцерокіназа каталізує перехід фосфатної групи з АТФ (аденозинтрифосфат) до гліцерину, утворюючи гліцерин 3-фосфат та АДФ (аденозиндифосфат). Далі гліцерол 3-фосфатдегідрогеназа каталізує реакцію відновлення окислення, при якій С-2 гліцерину 3-фосфату окислюється, втрачаючи два електрона.

Електрони з 3-фосфату гліцерину (редуковані) переносяться до НАД ⁺ (окислюються), утворюючи DHAP (окислений) та НАДН (знижений). DHAP - це проміжний метаболіт гліколізу, який забезпечує вуглецеві скелети для анаболічних шляхів, таких як біосинтез глікогену та нуклеотидів.

6-фосфат глюкози, утворений глюконеогенезом, може перейти до біосинтезу глікогену або до шляху пентозофосфату. Під час біосинтезу глікогену в печінці 6-фосфат глюкози перетворюється на 1-фосфат глюкози. Під час шляху пентозофосфату 6-фосфат глюкози перетворюється на 5-фосфат рибози.

Біосинтез триацилгліцерину

Триацилгліцерини - нейтральні (незаряджені) ліпіди, які мають складні ефіри жирних кислот, ковалентно пов'язані з гліцерином. Триацилгліцерини синтезуються з жирних ефірів ацил-КоА та 3-фосфату гліцерину або DHAP.

Гліцеронеогенез - це новий біосинтез гліцерину з оксалоацетату, використовуючи ферменти глюконеогенезу. Піруват карбоксилаза перетворює піруват у оксалоацетат, а фосфоенолпіруват карбоксикіназа (PEPCK) перетворює оксалоацетат у фосфоенолпіруват, гліколітичний проміжний продукт.

Фосфоенолпіруват продовжує шлях глюконеогенезу до біосинтезу DHAP, який перетворюється в гліцерин за допомогою гліцеринової 3-фосфатдегідрогенази та фосфатази, яка гідролізує фосфатну групу. Утворений таким чином гліцерин використовується для біосинтезу триацилгліцеринів.

У періоди голодування 30% жирних кислот, які надходять у печінку, переестерифікуються до триацилгліцеринів та експортуються у вигляді ліпопротеїдів дуже низької щільності (VLDL).

Хоча адипоцити не проводять глюконеогенез, вони володіють ферментом фосфоенолпіруват карбоксикіназою (PEPCK), який бере участь у гліцерогенезі, необхідному для біосинтезу триацилгліцерину.

Поширені гліцерофосфоліпіди

Гліцерофосфоліпіди - це трифазні фосфатні гліцерини, у яких фосфат є полярною головкою. С-1 і С-2 утворюють ефірні зв’язки з насиченими жирними кислотами, такими як пальмітат або стерат, і мононенасиченою жирною кислотою, такою як олеат. Цей опис відповідає фосфатидату, який є найпростішим гліцерофосфоліпідом.

У клітинних мембранах еукаріотиків фосфатидат служить попередником для більш поширених гліцерофосфоліпідів, які є фосфатидилхоліном, фосфатидилсерином, фосфатидилетаноламіном та фосфатиділіносітозолом.

Розподіл ліпідів (гліцерофосфоліпіди, сфінгофосфоліпіди, сфінгогліколіпіди, холестерин) в клітинних мембранах неоднаковий. Наприклад, внутрішній моношар мембрани еритроцитів багатий гліцерофосфоліпідами, тоді як зовнішній моношар багатий сфінголіпідами.

Гліцерофосфоліпіди важливі, оскільки беруть участь у сигналізації клітин. Завдяки дії ферментів фосфоліпази, наприклад фосфоліпази С, яка розриває ефірну зв’язку на рівні С-3 фосфатиділінозитол-4,5-бісфосфату (PPI2), сигнальні молекули інозитолу 1,4,5-трифосфату та діацилгліцерин (DAG).

Часто в зміїних отрутах містяться ферменти фосфоліпази А2, які розщеплюють гліцерофосфоліпіди. Це спричинює пошкодження тканин шляхом розриву оболонок. Вивільнені жирні кислоти виконують роль миючих засобів.

Рідше зустрічаються гліцерофосфоліпіди

Мембрани еукаріотичних клітин містять інші фосфоліпіди, такі як кардіоліпін, плазмалогени та алкилацилгліцерофосфоліпіди.

Кардіоліпін - це фосфоліпід, який вперше був виділений із тканини серця. Для його біосинтезу потрібні дві молекули фосфатидилгліцерину. Плазмалогени містять вуглеводневі ланцюги, пов'язані з гліцерином С-1, зв’язком вінілового ефіру. У ссавців 20% гліцерофосфоліпідів - плазмалогени.

В алкилацилгліцерофосфоліпідах алкільний заступник приєднується до С-1 гліцерину за допомогою ефірної зв'язку. Ці гліцерофосфоліпіди менш рясні, ніж плазмогени.

Регенерація НАД

Скелетні м’язи, мозок та м’язи літаючих комах використовують човниковий гліцерин 3-фосфат. 3-фосфат гліцерину складається переважно з двох ізоферментів: 3-фосфатдегідрогенази гліцерину та флавопротеїнової дегідрогенази.

Гліцерин 3-фосфатдегідрогеназа каталізує окислення цитозольної НАДГ. Цей НАДГ виробляється в результаті гліколізу на етапі, каталізованому гліцеральдегід 3-фосфатдегідрогеназою (GAPDH). 3-фосфатдегідрогеназа гліцерину каталізує перенесення двох електронів від НАДН (редукованого) до субстрату фосфату дигідроксіацетону (окислений).

Продуктами каталізу 3-фосфатдегідрогенази гліцерину є НАД ⁺ (окислена) та 3-фосфат гліцерину (відновлена). Останній окислюється флавопротеїновою дегідрогеназою, що знаходиться у внутрішній мембрані мітохондрій. Таким чином, DHAP переробляється.

Флавопротеїддегідрогеназа віддає електрони в ланцюг транспорту електронів. Через це НАДГ в цитозолі служить для біосинтезу 1,5 молекул АТФ шляхом окисного фосфорилювання в ланцюзі транспорту електронів. Регенерація НАД ⁺ в цитозолі дозволяє продовжувати глікоз. GAPDH використовує NAD ⁺ в якості підкладки.

Список літератури

1. Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Біохімія: короткий курс. WH Freeman, Нью-Йорк.
2. Лодіш, Х., Берк, А., Зіпурський, С. Л., Мацударія, П., Балтімор, Д., Дарнелл, Дж. 2003. Клітинна і молекулярна біологія. Редакція Médica Panamericana, Буенос-Айрес.
3. Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Біохімія. Нортон, Нью-Йорк.
4. Нельсон, DL, Cox, MM 2017. Принципи біохімії Ленінгера. WH Freeman, Нью-Йорк.
5. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Основи біохімії: життя на молекулярному рівні. Вілі, Хобокен.