- Structuur en kenmerken
- Kenmerken
- Gluconeogenese en de pentosefosfaatroute
- Triacylglycerol biosynthese
- Veel voorkomende glycerofosfolipiden
- Minder vaak voorkomende glycerofosfolipiden
- NAD-regeneratie
- Referenties
Het glycerol-3-fosfaat is een glycerolmolecuul met een esterbinding met een fosfaatgroep, met talrijke functies in het metabolisme en een deel van biomembranen. Dit molecuul dient als metaboliet voor gluconeogenese, triacylglycerolbiosynthese en second messenger-biosynthese zoals diacylglycerol (DAG).
Andere functies van glycerol-3-fosfaat zijn de biosynthese van glycerofosfolipiden, zoals cardiolipine, plasmalogenen en alkylacylglycerofosfolipiden. Bovendien neemt het deel aan een shuttle waarmee NAD + kan worden geregenereerd in het cytosol.
Bron: Mzaki
Structuur en kenmerken
De empirische formule van glycerol 3-fosfaat is C 3 H 9 O 6 P en heeft drie koolstofatomen. Koolstofatomen 1 en 3 (C-1 en C-3) vormen hydroxymethylgroepen (-CH2OH), terwijl koolstofatomen 2 (C-2) een hydroxymethyleengroep (-CHOH) vormen. Het zuurstofatoom van de hydroxymethylgroep van C-3 vormt een esterbinding met een fosfaatgroep.
Er zijn synoniemen voor glycerol-3-fosfaat, zoals 1,2,3-propaantriol, 1- (diwaterstoffosfaat) en 2,3-dihydroxypropyl diwaterstoffosfaat, 3-fosfoglycerol. Het molecuulgewicht is 172,07 g / mol.
De standaard Gibbs-vrije energieverandering (ΔGº) door hydrolyse van de fosfaatgroep van glycerol-3-fosfaat is -9,2 KJ / mol.
Deze metaboliet wordt omgezet in een tussenproduct van glycolyse. Wanneer de cellulaire energiebelasting hoog is, wordt de doorstroming door glycolyse verminderd en dient dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) als uitgangsmateriaal voor de biosynthetische routes.
Kenmerken
Gluconeogenese en de pentosefosfaatroute
Glycerol dient als metaboliet voor de anabole routes. Hiervoor moet het worden omgezet in een glycolytisch tussenproduct door middel van twee stappen die de enzymen glycerol kinase en glycerolfosfaat dehydrogenase vereisen om het dihydroxyaceton-fosfaat tussenproduct (DHAP) te vormen.
Het enzym glycerolkinase katalyseert de overdracht van een fosfaatgroep van ATP (adenosinetrifosfaat) naar glycerol, waarbij glycerol-3-fosfaat en ADP (adenosinedifosfaat) worden gevormd. Vervolgens katalyseert glycerol-3-fosfaat dehydrogenase een oxidatie-reductiereactie, waarbij de C-2 van glycerol-3-fosfaat wordt geoxideerd, waarbij twee elektronen verloren gaan.
De elektronen van glycerol-3-fosfaat (gereduceerd) worden overgebracht naar NAD + (geoxideerd) en vormen DHAP (geoxideerd) en NADH (gereduceerd). DHAP is een intermediaire metaboliet van glycolyse die koolstofskeletten levert voor anabole routes, zoals glycogeen en nucleotide biosynthese.
Glucose-6-fosfaat gevormd door gluconeogenese kan doorgaan naar glycogeenbiosynthese of naar de pentosefosfaatroute. Tijdens glycogeenbiosynthese in de lever wordt glucose-6-fosfaat omgezet in glucose-1-fosfaat. Tijdens de pentosefosfaatroute wordt glucose-6-fosfaat omgezet in ribose-5-fosfaat.
Triacylglycerol biosynthese
Triacylglycerolen zijn neutrale (ongeladen) lipiden die vetzuuresters bevatten die covalent aan glycerol zijn gebonden. Triacylglycerolen worden gesynthetiseerd uit vetzuuracyl-CoA-esters en glycerol-3-fosfaat of DHAP.
Glyceroneogenese is de nieuwe biosynthese van glycerol uit oxaalacetaat met behulp van gluconeogenese-enzymen. Pyruvaatcarboxylase zet pyruvaat om in oxaalacetaat en fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK) zet oxaalacetaat om in fosfoenolpyruvaat, een glycolytisch tussenproduct.
Fosfoenolpyruvaat zet de gluconeogeneseroute voort naar de biosynthese van DHAP, dat wordt omgezet in glycerol door glycerol-3-fosfaatdehydrogenase en een fosfatase die de fosfaatgroep hydrolyseert. Het aldus gevormde glycerol wordt gebruikt voor de biosynthese van triacylglycerolen.
Tijdens perioden van uithongering wordt 30% van de vetzuren die de lever binnenkomen, opnieuw veresterd tot triacylglycerolen en geëxporteerd als lipoproteïnen met zeer lage dichtheid (VLDL).
Hoewel adipocyten geen gluconeogenese uitvoeren, bezitten ze het enzym fosfoenolpyruvaatcarboxykinase (PEPCK), dat deelneemt aan de glycerogenese die nodig is voor de biosynthese van triacylglycerol.
Veel voorkomende glycerofosfolipiden
Glycerofosfolipiden zijn glycerol-3-fosfaattriesters, waarin het fosfaat de polaire kop is. C-1 en C-2 vormen esterbindingen met verzadigde vetzuren, zoals palmitaat of steraat, en een enkelvoudig onverzadigd vetzuur, zoals oleaat. Deze beschrijving komt overeen met fosfatidaat, het eenvoudigste glycerofosfolipide.
In eukaryote celmembranen dient fosfatidaat als een voorloper voor de meer algemene glycerofosfolipiden, namelijk fosfatidylcholine, fosfatidylserine, fosfatidylethanolamine en fosfatidylinositol.
De verdeling van lipiden (glycerofosfolipiden, sfingofosfolipiden, sfingoglycolipiden, cholesterol) in celmembranen is niet uniform. De binnenste monolaag van het erytrocytmembraan is bijvoorbeeld rijk aan glycerofosfolipiden, terwijl de buitenste monolaag rijk is aan sfingolipiden.
Glycerofosfolipiden zijn belangrijk omdat ze deelnemen aan celsignalering. Door de werking van fosfolipase-enzymen, zoals fosfolipase C, die de esterbinding op het C-3-niveau van fosfatidylinositol-4,5-bisfosfaat (PPI2) verbreekt, worden de signaalmoleculen inositol 1,4,5-trifosfaat en diacylglycerol (DAG).
Slangengif bevat vaak fosfolipase A2-enzymen, die glycerofosfolipiden afbreken. Dit veroorzaakt weefselschade door het breken van de membranen. De vrijkomende vetzuren werken als wasmiddel.
Minder vaak voorkomende glycerofosfolipiden
De membranen van eukaryote cellen bevatten andere fosfolipiden zoals cardiolipine, plasmalogenen en alkylacylglycerofosfolipiden.
Cardiolipine is een fosfolipide dat voor het eerst werd geïsoleerd uit hartweefsel. Zijn biosynthese vereist twee fosfatidylglycerolmoleculen. Plasmalogenen bevatten koolwaterstofketens die door een vinyletherbinding aan glycerol C-1 zijn gebonden. Bij zoogdieren zijn 20% van de glycerofosfolipiden plasmalogenen.
In alkylacylglycerofosfolipiden wordt een alkylsubstituent door etherbinding aan de C-1 van glycerol gehecht. Deze glycerofosfolipiden zijn minder overvloedig aanwezig dan plasmalogenen.
NAD-regeneratie
De skeletspieren, hersenen en spieren van vliegende insecten gebruiken de glycerol-3-fosfaat-shuttle. Glycerol 3-fosfaat bestaat voornamelijk uit twee iso-enzymen: glycerol 3-fosfaat dehydrogenase en een flavoproteïne dehydrogenase.
Glycerol-3-fosfaat dehydrogenase katalyseert de oxidatie van cytosolisch NADH. Dit NADH wordt geproduceerd in glycolyse, in de stap die wordt gekatalyseerd door glyceraldehyde 3-fosfaat dehydrogenase (GAPDH). Glycerol-3-fosfaatdehydrogenase katalyseert de overdracht van twee elektronen van NADH (gereduceerd) naar het dihydroxyacetonfosfaatsubstraat (geoxideerd).
De producten van de katalyse van glycerol-3-fosfaatdehydrogenase zijn NAD + (geoxideerd) en glycerol-3-fosfaat (gereduceerd). Dit laatste wordt geoxideerd door een flavoproteïne dehydrogenase dat wordt aangetroffen in het binnenmembraan van de mitochondriën. Op deze manier wordt DHAP gerecycled.
Flavoproteïne dehydrogenase geeft elektronen af aan de elektronentransportketen. Hierdoor dient het NADH in het cytosol voor de biosynthese van 1,5 ATP-moleculen door oxidatieve fosforylering in de elektronentransportketen. Door de regeneratie van NAD + in het cytosol kan de glycose worden voortgezet. GAPDH gebruikt NAD + als substraat.
Referenties
- Berg, JM, Tymoczco, JL, Stryer, L. 2015. Biochemie: een korte cursus. WH Freeman, New York.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Cellulaire en moleculaire biologie. Redactioneel Médica Panamericana, Buenos Aires.
- Miesfeld, RL, McEvoy, MM 2017. Biochemie. WW Norton, New York.
- Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehninger-principes van biochemie. WH Freeman, New York.
- Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Grondbeginselen van de biochemie: leven op moleculair niveau. Wiley, Hoboken.