- Struttura e caratteristiche
- Caratteristiche
- Gluconeogenesi e via del pentoso fosfato
- Biosintesi del triacilglicerolo
- Glicerofosfolipidi comuni
- Glicerofosfolipidi meno comuni
- Rigenerazione NAD
- Riferimenti
Il glicerolo 3-fosfato è una molecola di glicerolo avente un legame estere con un gruppo fosfato, avente numerose funzioni nel metabolismo e parte delle biomembrane. Questa molecola funge da metabolita per la gluconeogenesi, la biosintesi del triacilglicerolo e la biosintesi del secondo messaggero come il diacilglicerolo (DAG).
Altre funzioni del glicerolo 3-fosfato sono la biosintesi dei glicerofosfolipidi, come cardiolipina, plasmallogeni e alchilacilglicerofosfolipidi. Inoltre, partecipa a una navetta che consente di rigenerare NAD + nel citosol.
Fonte: Mzaki
Struttura e caratteristiche
La formula empirica del glicerolo 3-fosfato è C 3 H 9 O 6 P e ha tre atomi di carbonio. Gli atomi di carbonio 1 e 3 (C-1 e C-3) formano gruppi idrossimetilici (-CH2OH), mentre l'atomo di carbonio 2 (C-2) forma un gruppo idrossimetilene (-CHOH). L'atomo di ossigeno del gruppo idrossimetile di C-3 forma un legame estere con un gruppo fosfato.
Esistono sinonimi per glicerolo 3-fosfato, come 1,2,3-propanetriolo, 1- (diidrogeno fosfato) e 2,3-diidrossipropil diidrogeno fosfato, 3-fosfoglicerolo. Il suo peso molecolare è 172,07 g / mol.
La variazione di energia libera di Gibbs standard (ΔGº) dall'idrolisi del gruppo fosfato del glicerolo 3-fosfato è -9,2 KJ / mol.
Questo metabolita viene convertito in un intermedio della glicolisi. Quando il carico energetico cellulare è elevato, il flusso attraverso la glicolisi è diminuito e il diidrossiacetone fosfato (DHAP) funge da materiale di partenza per le vie biosintetiche.
Caratteristiche
Gluconeogenesi e via del pentoso fosfato
Il glicerolo funge da metabolita per le vie anaboliche. Per questo, deve essere convertito in un intermedio glicolitico attraverso due fasi che richiedono che gli enzimi glicerolo chinasi e glicerolo fosfato deidrogenasi formino l'intermedio diidrossiacetone fosfato (DHAP).
L'enzima glicerolo chinasi catalizza il trasferimento di un gruppo fosfato dall'ATP (adenosina trifosfato) al glicerolo, formando glicerolo 3-fosfato e ADP (adenosina difosfato). Successivamente, la glicerolo 3-fosfato deidrogenasi catalizza una reazione di riduzione dell'ossidazione, in cui il C-2 del glicerolo 3-fosfato viene ossidato, perdendo due elettroni.
Gli elettroni del glicerolo 3-fosfato (ridotto) vengono trasferiti a NAD + (ossidato), formando DHAP (ossidato) e NADH (ridotto). DHAP è un metabolita intermedio della glicolisi che fornisce scheletri di carbonio per le vie anaboliche, come la biosintesi del glicogeno e dei nucleotidi.
Il glucosio 6-fosfato formato dalla gluconeogenesi può procedere alla biosintesi del glicogeno o alla via del pentoso fosfato. Durante la biosintesi del glicogeno nel fegato, il glucosio 6-fosfato viene convertito in glucosio 1-fosfato. Durante la via del pentoso fosfato, il glucosio 6-fosfato viene convertito in ribosio 5-fosfato.
Biosintesi del triacilglicerolo
I triacilgliceroli sono lipidi neutri (non caricati) che possiedono esteri di acidi grassi legati covalentemente al glicerolo. I triacilgliceroli sono sintetizzati da esteri grassi di acil-CoA e glicerolo 3-fosfato o DHAP.
La gliceroneogenesi è la nuova biosintesi del glicerolo da ossalacetato, utilizzando enzimi della gluconeogenesi. La piruvato carbossilasi converte il piruvato in ossalacetato e la fosfoenolpiruvato carbossichinasi (PEPCK) converte l'ossaloacetato in fosfoenolpiruvato, un intermedio glicolitico.
Il fosfoenolpiruvato continua il percorso della gluconeogenesi verso la biosintesi del DHAP, che viene convertito in glicerolo dalla glicerina 3-fosfato deidrogenasi e da una fosfatasi che idrolizza il gruppo fosfato. Il glicerolo così formato viene utilizzato per la biosintesi dei triacilgliceroli.
Durante i periodi di fame, il 30% degli acidi grassi che entrano nel fegato vengono reesterificati in triacilgliceroli ed esportati come lipoproteine a bassissima densità (VLDL).
Sebbene gli adipociti non svolgano la gluconeogenesi, possiedono l'enzima fosfoenolpiruvato carbossichinasi (PEPCK), che partecipa alla glicerolgenesi necessaria per la biosintesi del triacilglicerolo.
Glicerofosfolipidi comuni
I glicerofosfolipidi sono triesteri di glicerolo 3-fosfato, in cui il fosfato è la testa polare. C-1 e C-2 formano legami estere con acidi grassi saturi, come palmitato o sterato, e un acido grasso monoinsaturo, come l'oleato. Questa descrizione corrisponde al fosfatidato, che è il glicerofosfolipide più semplice.
Nelle membrane cellulari eucariotiche, il fosfatidato funge da precursore dei glicerofosfolipidi più comuni, che sono fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolammina e fosfatidilinositolo.
La distribuzione dei lipidi (glicerofosfolipidi, sfingofosfolipidi, sfingoglicolipidi, colesterolo) nelle membrane cellulari non è uniforme. Ad esempio, il monostrato interno della membrana eritrocitaria è ricco di glicerofosfolipidi, mentre il monostrato esterno è ricco di sfingolipidi.
I glicerofosfolipidi sono importanti perché partecipano alla segnalazione cellulare. Attraverso l'azione degli enzimi fosfolipasi, come la fosfolipasi C, che rompe il legame estere a livello C-3 del fosfatidilinositolo-4,5-bisfosfato (PPI2), le molecole di segnalazione inositolo 1,4,5-trifosfato e diacilglicerolo (DAG).
Spesso i veleni di serpente contengono enzimi fosfolipasi A2, che scompongono i glicerofosfolipidi. Ciò causa danni ai tessuti rompendo le membrane. Gli acidi grassi rilasciati agiscono come detergenti.
Glicerofosfolipidi meno comuni
Le membrane delle cellule eucariotiche contengono altri fosfolipidi come cardiolipina, plasmalogeni e alchilacilglicerofosfolipidi.
La cardiolipina è un fosfolipide che è stato isolato per la prima volta dal tessuto cardiaco. La sua biosintesi richiede due molecole di fosfatidilglicerolo. I plasmalogeni contengono catene di idrocarburi legate al glicerolo C-1 da un legame vinil etere. Nei mammiferi, il 20% dei glicerofosfolipidi sono plasmallogeni.
Negli alchilacilglicerofosfolipidi un sostituente alchilico è attaccato al C-1 del glicerolo mediante legame etereo. Questi glicerofosfolipidi sono meno abbondanti dei plasmalogeni.
Rigenerazione NAD
Il muscolo scheletrico, il cervello e il muscolo degli insetti volanti utilizzano lo shuttle glicerolo 3-fosfato. Il glicerolo 3-fosfato è costituito principalmente da due isoenzimi: il glicerolo 3-fosfato deidrogenasi e una flavoproteina deidrogenasi.
La glicerolo 3-fosfato deidrogenasi catalizza l'ossidazione dell'NADH citosolico. Questo NADH viene prodotto in glicolisi, nella fase catalizzata dalla gliceraldeide 3-fosfato deidrogenasi (GAPDH). La glicerolo 3-fosfato deidrogenasi catalizza il trasferimento di due elettroni da NADH (ridotto) al substrato di diidrossiacetone fosfato (ossidato).
I prodotti della catalisi della glicerina 3-fosfato deidrogenasi sono NAD + (ossidato) e glicerolo 3-fosfato (ridotto). Quest'ultimo è ossidato da una flavoproteina deidrogenasi presente nella membrana interna dei mitocondri. In questo modo, il DHAP viene riciclato.
La flavoproteina deidrogenasi cede gli elettroni alla catena di trasporto degli elettroni. Per questo motivo, il NADH nel citosol serve per la biosintesi di 1,5 molecole di ATP mediante fosforilazione ossidativa nella catena di trasporto degli elettroni. La rigenerazione di NAD + nel citosol consente alla glicosi di continuare. GAPDH utilizza NAD + come substrato.
Riferimenti
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- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Biologia cellulare e molecolare. Editoriale Médica Panamericana, Buenos Aires.
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- Nelson, DL, Cox, MM 2017. Principi di biochimica di Lehninger. WH Freeman, New York.
- Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Fondamenti di biochimica: la vita a livello molecolare. Wiley, Hoboken.