Benutzer:MiBa95/Glycerin-3-phosphat
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| Allgemeines | ||||||||
| Name | MiBa95/Glycerin-3-phosphat | |||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C₃H₉O₆P | |||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||
| Molare Masse | 172.073 g·mol−1 | |||||||
| Aggregatzustand |
fest | |||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | ||||||||
Glycerin-3-phosphat (auch Glycerol-3-phosphat, α-Glycerophosphat genannt) ist ein organisches Molekül, das eine wichtige Rolle bei der Synthese von Glycerophospholipiden spielt und als Bestandteil des Glycerin-3-phosphat-Shuttles am Transport von NADH in die mitochondriale Matrix beteiligt ist. Glycerin-3-phosphat besteht aus einem Glycerin-Molekül, an dessen drittem Kohlenstoffatom eine Phosphatgruppe angehängt ist. [1]
Vorkommen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Glycerin-3-phosphat kommt im Zytoplasma und den Mitochondrien fast aller menschlichen Zellen vor. Es befindet sich insbesondere in den Zellen der Leber, Niere, Darmmukosa, laktierenden Brustdrüse, sowie Prostata.[1][2]
Glycerin-3-phosphat lässt sich auch in Blut, Speichel und Urin nachweisen.[3]
Biosynthese[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Glycerin-3-phosphat kann durch zwei enzymkatalysierte Reaktionen entstehen:
- Die cytosolische Glycerin-3-phosphat Dehydrogenase reduziert Dihydroxyacetonphosphat zu Glycerin-3-phosphat unter Umwandlung von NADH+H⁺ zu NAD⁺. Es handelt sich um eine reversible Reaktion, die im Cytosol der meisten Zellen des menschlichen Körpers stattfindet. Bei der Umkehrreaktion wird durch die mitochondriale Glycerin-3-phosphat Dehydrogenase Glycerin-3-phosphat zu Dihydroxyacetonphosphat oxidiert.[1][2]
+ NAD(P)H + H+ → 
+ NAD(P)+
- Die Glycerin-Kinase, auch Glycerokinase genannt, phosphoryliert Glycerin zu Glycerin-3-phosphat unter Umwandlung von ATP zu ADP. Hier handelt es sich um eine irreversible Reaktion die nur in den Hepatozyten der Leber, sowie in den Zellen der Niere, Darmschleimhaut und laktierenden Brustdrüse stattfindet.[1][2]
+ ATP → + ADP
Biochemische Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Biosynthese der Glycerophospholipide[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Glycerin-3-phosphat dient als Ausgangsstoff für die Biosynthese der Glycerophospholipide (auch Glycerophosphatide, Phosphoglyceride, Phosphoglycerolipide genannt) und ist somit am Aufbau von biologischen Membranen beteiligt. Zur Bildung der Glycerophospholipide finden folgende Synthesewege statt:[1][2]
Biosynthese von Cardiolipin[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In einem ersten Schritt wird ein Molekül CDP-1,2- Diacylglycerin auf Glycerin-3-phosphat übertragen und es entsteht unter Abspaltung von CMP Phosphatidylglycerin-Phosphat.[2]
- + CDP-1,2-Diacylglycerin → Phosphatidylglycerin-Phosphat + CMP
In einem zweiten Schritt wird an Phosphatidylglycerin-Phosphat ein weiteres CDP-1,2- Diacylglycerinmolekül angehängt. Unter Abspaltung von anorganischem Phosphat und CMP entsteht letztendlich Di-Phosphatidylglycerin, auch bekannt als Cardiolipin.[2]
- Phosphatidylglycerin-Phosphat + CDP-1,2-Diacylglycerin → Di-Phosphatidylglycerin + Pi + CMP
Biosynthese von Phosphatidylinositol[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In einem ersten Schritt wird durch Glycerin-3-phosphat-Acyltransferase eine aktivierte Fettsäure in Form eines Acyl-CoA-Moleküls an Glycerin-3-phosphat angeheftet. Dabei wird Coenzym A abgespaltet und es entsteht Lysophosphatidat.[2]
- + Acyl-CoA → Lysophosphatidat + CoA
Dieser Schritt wiederholt sich, indem die 1-Acylglycerin-3-phosphat-Acyltransferase ein weiteres Acyl-CoA anheftet und somit aus Lysophosphatidat unter Abspaltung von Coenzym A Phosphatidat entsteht.[2]
- Lysophosphatidat + Acyl-CoA → Phosphatidat + CoA
Phosphatidat wird durch die Phosphatidat-Cytidyltransferase aktiviert, indem ein CMP angehängt wird. Es entsteht unter CTP-Verbrauch und Pyrophosphat-Abgabe CDP-1,2-Diacylglycerin.[2]
- Phosphatidat + CTP → CDP-1,2-Diacylglycerin + PPi
Im letzten Schritt wird durch die CDP-Diacylglycerin-Inositol-3-Phosphatidyltransferase CMP durch Inositol ausgetauscht, sodass Phosphatidylinositol (PI) entsteht.[2]
- CDP-1,2-Diacylglycerin + Inositol → Phosphatidylinositol + CMP
Aus Phosphatidylinositol entsteht im weiteren Verlauf durch Phosphorylierung zunächst Phosphatidylinositol-4-phosphat (PIP) und anschließend durch erneute Phosphorylierung membrangebundenes Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP₂).[2]
- Phosphatidylinositol (PI) + ATP → Phosphatidylinositol-4-phosphat (PIP) + ADP
- Phosphatidylinositol-4-phosphat (PIP) + ATP → Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP₂) + ADP
PIP₂ dient als Vorstufe der Second-Messenger Diacylglycerin (DAG) und Inositol-1,4,5-triphosphat (IP3) und spielt somit eine wichtige Rolle im Inositol-Phospholipid-Signalweg.[1][4]
Biosynthese von Phosphatidylethanolamin[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Aus Glycerin-3-phosphat entsteht zunächst Lysophosphatidat, woraus Phosphatidat gebildet wird das durch die Phosphatidat-Phosphatase in 1,2-Diacylglycerin dephosphoryliert wird.[2]
- + Acyl-CoA → Lysophosphatidat + CoA
- Lysophosphatidat + Acyl-CoA → Phosphatidat + CoA
- Phosphatidat → 1,2-Diacylglycerin + Pi
Anschließend wird durch die 1,2-Diacylglycerin-Ethanolamin-Phosphotransferase ein aktiviertes CDP-Ethanolamin an die freie OH-Gruppe des 1,2-Diacylglycerins angehängt, sodass unter Abspaltung von CMP Phosphatidylethanolamin entsteht.[2]
- 1,2-Diacylglycerin + CDP-Ethanolamin → Phosphatidylethanolamin + CMP
Phosphatidylethanolamin kann auch aus Phosphatidylserin hergestellt werden. Dies geschieht entweder durch eine Decarboxylierung mithilfe der Phosphatidylserin-Decarboxylase oder durch Austausch von Serin gegen Ethanolamin mithilfe der Phosphatidylserin-Synthase. Die Austauschreaktion ist reversibel und läuft in den Mikrosomen ab. [2]
- Phosphatidylserin → Phosphatidylethanolamin + CO2
- Phosphatidylserin + Ethanolamin ↔ Phosphatidylethanolamin + Serin
Biosynthese von Phosphatidylcholin[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Phosphatidylcholin entsteht ähnlich wie Phosphatidylethanolamin ebenfalls aus Glycerin-3-phosphat das zu Lysophosphatidat, Phosphatidat und schließlich zu 1,2-Diacylglycerin umgewandelt wird.[2]
- + Acyl-CoA → Lysophosphatidat + CoA
- Lysophosphatidat + Acyl-CoA → Phosphatidat + CoA
- Phosphatidat → 1,2-Diacylglycerin + Pi
Durch die 1,2-Diacylglycerin-Cholin-Phosphotransferase wird ein aktiviertes CDP-Cholin an die freie OH-Gruppe des 1,2-Diacylglycerin angehängt, sodass unter Abspaltung von CMP Phosphatidylcholin (=Lecithin) entsteht.[2]
- 1,2-Diacylglycerin + CDP-Cholin → Phosphatidylcholin + CMP
Phosphatidylcholin (=Lecithin) kann auch durch Methylierung von Phosphatidylethanolamin synthetisiert werden. Die Reaktion geschieht durch eine Methyltransferase und benötigt den Cofaktor S-Adenosylmethionin (SAM).[2]
- Phosphatidylethanolamin + 3 CH₃ → Phosphatidylcholin
Biosynthese von Phosphatidylserin[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In einer reversiblen Austauschreaktion wird mithilfe der Phosphatidylserin-Synthase aus Phosphatidylethanolamin Ethanolamin entfernt und durch Serin ersetzt, sodass Phosphatidylserin entsteht. Die Bildung von Phosphatidylserin findet in den Mikrosomen statt.[2]
- Phosphatidylethanolamin + Serin ↔ Phosphatidylserin + Ethanolamin
Glycerin-3-phosphat-Shuttle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Glycerin-3-phosphat ist Bestandteil des Glycerin-3-phosphat-Shuttles und dient dem Transport von Nicotinamidadenindinukleotid (kurz: NADH) in die mitochondriale Matrix. Durch die cytosolische Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase wird unter Aufnahme von NADH+H⁺ und Abgabe von NAD⁺ Dihydroxyacetonphosphat zu Glycerin-3-phosphat reduziert. Bei der Umkehrreaktion wird durch die mitochondriale Glycerin-3-phosphat Dehydrogenase unter Aufnahme von FAD und Abgabe von FADH2 Glycerin-3-phosphat zu Dihydroxyacetonphosphat oxidiert. Beide Reaktionen sind Teil des Glycerin-3-phosphat-Shuttles und sorgen bei Eukaryoten dafür, dass die reduzierte Form von NADH vom Cytosol in die mitochondriale Matrix gelangt. Dort wird NADH als Energielieferant in der Atmungskette zur Herstellung von ATP benötigt. Der Transport über ein Shuttle-System ist notwendig, da die Innenmembran der Mitochondrien für NADH undurchlässig ist.[1][2]
Abbau von Glycerin[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Glycerin-3-phosphat ist ein Zwischenprodukt bei der Umwandlung von Glycerin zu Dihydroxyacetonphosphat. Dabei phosphoryliert die Glycerin-Kinase Glycerin zu Glycerin-3-phosphat. Anschließend oxidiert die Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase Glycerin-3-phosphat zu Dihadroxyacetonphosphat. Die Umwandlung von Glycerin zu Dihydroxyacetonphosphat findet vorwiegend in den Hepatozyten der Leber statt und dient durch die anschließende Glykolyse der Energiebereitstellung aus Triglyceriden. Bei Nährstoffmangel kann Dihydroxyacetonphosphat auch in die Glukoneogenese eingespeist werden, um aus Glycerin Glukose herzustellen. Der Abbau der Triglyceride über Glycerin-3-phosphat spielt im Energiestoffwechsel eher eine untergeordnete Rolle, da der überwiegende Teil der Energie aus den Triglyceriden durch den Abbau der Fettsäuren freigesetzt wird.[1] [2]
Stereoisomerie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Chiralität des Glycerin-3-phosphats entsteht durch das Anheften einer Phosphatgruppe an die endständige CH₂OH-Gruppe des Glycerinmoleküls. Somit entsteht aus prochiralem Glycerin entweder chirales L-Glycerin-3-phosphat oder chirales D-Glycerin-1-phosphat. Die Nummerierung bezieht sich auf die Stelle im Molekül wo die Phosphatgruppe an ein C-Atom gebunden ist.
Nach der sn-Nomenklatur wird die Chiralität des Glycerin-3-phosphats als sn-Glycerin-3-phosphat benannt.[1]
Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Kategorie:Chemische Verbindung
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/439162
- ↑ a b c d e f g h i David Nelson, Michael Cox: Lehninger Biochemie. 4. Auflage. Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg 2010, ISBN 978-3-540-68637-8.
- ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t Joachim Rassow, Karin Hauser, Roland Netzker, Rainer Deutzmann: Duale Reihe Biochemie. 4. Auflage. Thieme, Stuttgart 2016, ISBN 978-3-13-125354-5.
- ↑ sn-Glycerol-3-phosphate. Abgerufen am 20. März 2017 (englisch).
- ↑ József Szeberényi, László Komáromy: Molekulare Zellbiologie Syllabus. Hrsg.: Universität Pécs, medizinische Fakultät, Institut für medizinische Biologie. Pécs 2014, S. 140–141.