DIACYLGLYCERIN: STRUKTUR, BIOSYNTHESE, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das Diacylglycerin oder 1,2-Diacylglycerin ist ein Zwischenprodukt bei der Synthese von Phospholipiden, die zur Gruppe der Glycerophospholipide oder Phosphoglyceride gehören, einfache Lipidmoleküle, die die gemeinsame Eigenschaft haben, ein Glycerinmolekül als Hauptgerüst zu haben.

Es ist für alle lebenden Organismen von entscheidender Bedeutung, dass die für ihre Synthese erforderlichen genetischen Produkte für die Lebensfähigkeit der Zellen wesentlich sind und ihre Spiegel innerhalb der Zelle streng reguliert werden.

Fischers Projektion für Diacylglycerol (Quelle: Mzaki über Wikimedia Commons)

Bakterien, Hefen, Pflanzen und Tiere sind in der Lage, Diacylglycerin zu metabolisieren und Energie aus Fettsäuren zu extrahieren, die an zwei ihrer Kohlenstoffatome verestert sind, weshalb es auch ein Energiereservoir darstellt.

Diacylglycerin ist sowohl am Aufbau der Struktur der Lipiddoppelschicht, aus der alle biologischen Membranen bestehen, als auch am Zwischenstoffwechsel anderer Lipide und an verschiedenen Signalwegen als Second Messenger beteiligt.

Das aktivierte Derivat CDP-Diacylglycerin (CDP ist ein Analogon von ATP, einem hochenergetischen Molekül) ist ein wichtiger Vorläufer bei der Synthese vieler anderer Membranlipide.

Mit der Entdeckung der mit diesem Lipid verwandten Enzyme wurde festgestellt, dass die von ihm abhängigen zellulären Reaktionen ziemlich komplex sind und viele andere Funktionen haben, die möglicherweise unbekannt sind, beispielsweise in verschiedenen Stoffwechselwegen.

Struktur

Diacylglycerin ist, wie seine Lipidnatur feststellt, eine amphipathische Verbindung, da es zwei hydrophobe apolare aliphatische Ketten und eine hydrophile polare Region oder einen "Kopf" aufweist, der aus der freien Hydroxylgruppe besteht.

Die Struktur dieser Verbindung ist recht einfach: Glycerin, ein Alkohol mit drei Kohlenstoffatomen und drei Hydroxylgruppen, bindet über die mit den Kohlenstoffen in Position 1 und 2 verbundenen Sauerstoffatome an zwei Ketten von Fettsäuren. (durch Esterbindungen), die die unpolaren Ketten bilden.

Die polare Gruppe entspricht also der ungebundenen Hydroxylgruppe, die an der C3-Position des Glycerinmoleküls liegt.

Da Diacylglycerin keine "zusätzlichen" polaren Gruppen aufweist, ist es ein kleines Lipid, und seine "einfache" Zusammensetzung verleiht ihm ganz besondere Eigenschaften bei der Erfüllung seiner vielfältigen Funktionen.

Biosynthese

Die De-novo-Synthese von Diacylglycerin kann auf zwei Arten erfolgen:

1. Die erste stammt aus der Triglyceridmobilisierung und beinhaltet die Synthese von Diacylglycerin aus Glycerin-3-phosphat.
2. Das zweite stammt aus Dihydroxyacetonphosphat, einem glykolytischen Zwischenprodukt, das in dem durch das Enzym Aldolase katalysierten Schritt hergestellt wird, in dem Fructose-1,6-bisphosphat in Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat gespalten wird.

In beiden Fällen müssen sowohl Glycerin-3-phosphat als auch Dihydroxyacetonphosphat Modifikationen unterzogen werden, die Acylierungsschritte (Addition von Acylgruppen oder Fettsäureketten) umfassen, wobei zuerst Lysophosphatidsäure (mit einer einzelnen Kette) und dann Säure gebildet werden phosphatidisch (mit zwei Ketten).

Phosphatidsäure ist eines der einfachsten Phospholipide, da es aus einem 1,2-Diacylglycerinmolekül besteht, an das eine Phosphatgruppe über eine Phosphodiesterbindung an die C3-Position von Glycerin gebunden ist.

Die Phosphatgruppe in dieser Position wird durch die Wirkung der Enzyme Phosphatidsäurephosphohydrolasen (PAP, aus dem Englischen "Phosphatidsäurephosphohydrolasen") hydrolysiert.

Während beider Wege der Diacylglycerinproduktion werden die Fettsäureketten nacheinander und in getrennten subzellulären Kompartimenten zugegeben. Einer wird in den Mitochondrien und Peroxisomen und der andere im endoplasmatischen Retikulum hinzugefügt.

Andere Synthesewege

Diacylglycerin wird nicht nur durch De-novo-Synthese in Zellen hergestellt: Es gibt alternative Wege, die es aus bereits vorhandenen Phospholipiden und dank der Wirkung von Enzymen wie Phospholipase C, Phospholipase D und Sphingomyelinsynthase synthetisieren.

Das auf diesen alternativen Wegen hergestellte Diacylglycerin wird nicht für Stoffwechselzwecke verwendet, dh um Energie aus der β-Oxidation der Fettsäuren der unpolaren Ketten zu gewinnen, sondern hauptsächlich zu Signalzwecken.

Eigenschaften

Diacylglycerin erfüllt mehrere Funktionen in verschiedenen zellulären Kontexten. Diese Funktionen umfassen unter anderem seine Beteiligung als Vorläufermolekül für andere Lipide, am Energiestoffwechsel, als sekundärer Botenstoff und strukturelle Funktionen.

Als Vorläuferlipid

Es wurde festgestellt, dass Diacylglycerin ein Vorläufer anderer Phospholipide sein kann, insbesondere Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylcholin. Der Prozess erfolgt durch Übertragung aktivierter Alkohole auf die Hydroxylgruppe an der C3-Position des Diacylglycerinmoleküls.

Dieses Lipid kann auch verwendet werden, um Triglyceride durch Veresterung einer anderen Fettsäure an der 3-Kohlenstoff-Position des Glycerinanteils herzustellen, eine Reaktion, die durch Diacylglycerolacyltransferasen katalysiert wird, die im endoplasmatischen Retikulum oder in der Plasmamembran gefunden werden.

Dank der Wirkung von Diacylglycerinkinaseenzymen kann Diacylglycerin aufgrund der Vereinigung einer Phosphatgruppe an Kohlenstoff C3 das Vorläufermolekül der Phosphatidsäure sein; Phosphatidsäure wiederum ist einer der wesentlichen Vorläufer der meisten Glycerophospholipide.

Stoffwechsel

Diacylglycerin wirkt nicht nur als Vorläufermolekül für andere Phospholipide, zu denen an der Hydroxylgruppe in C3-Position Gruppen unterschiedlicher Art hinzugefügt werden können, sondern eine seiner Hauptfunktionen besteht auch darin, als Quelle für Fettsäuren zur Energiegewinnung zu dienen durch β-Oxidation.

Strukturell

Wie andere in biologischen Membranen vorhandene Lipide hat Diacylglycerin unter anderem strukturelle Auswirkungen, die es aus struktureller Sicht für die Bildung von Doppelschichten und anderen gleich wichtigen Lipiden wichtig machen.

In der Zellsignalisierung

Viele intrazelluläre Signale, die als Reaktion auf verschiedene Arten von Stimuli auftreten, führen zur sofortigen Erzeugung von Diacylglycerinmolekülen, für die die Zelle viele Proteine ​​verwendet, die für die Diacylglycerin-abhängige Signalübertragung verantwortlich sind.

Dieser Signalweg beinhaltet Produktion, Eliminierung und Reaktion. Dann wird die Dauer und Intensität eines gegebenen Signals durch die Modifikation von Diacylglycerin in den Membranen bestimmt.

Darüber hinaus ist das bei der Hydrolyse von Phosphatidylinositol und seinen phosphorylierten Derivaten entstehende Diacylglycerin ein wichtiger zweiter Botenstoff für die Signalwege vieler Hormone bei Säugetieren.

Verweise

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