Fosforylacja to chemiczny dodatek grupy fosforylowej (PO3-) do organicznych cząsteczka. Usunięcie grupy fosforylowej nazywa się defosforylacją. Przeprowadzane są zarówno fosforylacja, jak i defosforylacja przez enzymy (np. kinazy, fosfotransferazy). Fosforylacja jest ważna w dziedzinie biochemii i biologii molekularnej, ponieważ jest kluczową reakcją w funkcji białek i enzymów, metabolizmie cukru oraz magazynowaniu i uwalnianiu energii.
Cele fosforylacji
Fosforylacja odgrywa kluczową rolę regulacyjną w komórki. Jego funkcje obejmują:
- Ważne dla glikolizy
- Stosowany do interakcji białko-białko
- Używany w degradacji białka
- Reguluje hamowanie enzymów
- Utrzymuje homeostazę poprzez regulację reakcji chemicznych wymagających energii
Rodzaje fosforylacji
Wiele rodzajów cząsteczek może ulec fosforylacji i defosforylacji. Trzy najważniejsze rodzaje fosforylacji to fosforylacja glukozy, fosforylacja białek i fosforylacja oksydacyjna.
Fosforylacja glukozy
Glukoza a inne cukry są często fosforylowane jako pierwszy ich etap
katabolizm. Na przykład pierwszym etapem glikolizy D-glukozy jest jej konwersja do D-glukozo-6-fosforanu. Glukoza jest małą cząsteczką, która łatwo przenika komórki. Fosforylacja tworzy większą cząsteczkę, która nie może łatwo dostać się do tkanki. A zatem fosforylacja ma kluczowe znaczenie dla regulacji stężenia glukozy we krwi. Z kolei stężenie glukozy jest bezpośrednio związane z powstawaniem glikogenu. Fosforylacja glukozy jest również związana ze wzrostem akcji serca.Fosforylacja białek
Phoebus Levene z Rockefeller Institute for Medical Research był pierwszym, który zidentyfikował fosforylowane białko (fosvityna) w 1906 roku, ale enzymatyczna fosforylacja białek nie została opisana do lat trzydziestych.
Fosforylacja białka zachodzi, gdy dodaje się grupę fosforylową aminokwas. Zwykle aminokwasem jest seryna, chociaż fosforylacja występuje również na treoninie i tyrozynie u eukariontów i histydyny u prokariotów. Jest to reakcja estryfikacji, w której grupa fosforanowa reaguje z grupą hydroksylową (-OH) łańcucha bocznego seryny, treoniny lub tyrozyny. Enzym kinaza białkowa kowalencyjnie wiąże grupę fosforanową z aminokwasem. Dokładny mechanizm nieco się różni prokariota i eukariota. Najlepiej zbadanymi formami fosforylacji są modyfikacje potranslacyjne (PTM), co oznacza, że białka są fosforylowane po translacji z matrycy RNA. Odwrotna reakcja, defosforylacja, jest katalizowana przez fosfatazy białkowe.
Ważnym przykładem fosforylacji białek jest fosforylacja histonów. U eukariontów DNA jest związane z tworzeniem się białek histonowych chromatyna. Fosforylacja histonu modyfikuje strukturę chromatyny i zmienia jej interakcje białko-białko i DNA-białko. Zazwyczaj fosforylacja zachodzi, gdy DNA jest uszkodzony, co otwiera przestrzeń wokół uszkodzonego DNA, dzięki czemu mechanizmy naprawcze mogą wykonywać swoją pracę.
Oprócz jego znaczenia w Naprawa DNAfosforylacja białek odgrywa kluczową rolę w metabolizmie i szlakach sygnalizacyjnych.
Fosforylacja oksydacyjna
Fosforylacja oksydacyjna to sposób, w jaki komórka magazynuje i uwalnia energię chemiczną. W komórce eukariotycznej reakcje zachodzą w mitochondriach. Fosforylacja oksydacyjna składa się z reakcji łańcuch transportu elektronów i chemikosmozy. Podsumowując, reakcja redoks przenosi elektrony z białek i innych cząsteczek wzdłuż łańcucha transportu elektronów do wewnętrznej błony mitochondriów, uwalniając energię, która jest wykorzystywana do wytworzenia adenozynotrifosforan (ATP) w chemiosmozie.
W tym procesie NADH i FADH2 dostarczać elektrony do łańcucha transportu elektronów. Elektrony przemieszczają się z wyższej energii na niższą energię, gdy poruszają się wzdłuż łańcucha, uwalniając energię po drodze. Część tej energii idzie na pompowanie jonów wodoru (H+) w celu utworzenia gradientu elektrochemicznego. Na końcu łańcucha elektrony są przenoszone na tlen, który wiąże się z H+ tworzyć wodę. H.+ jony dostarczają energię do syntazy ATP do syntezy ATP. Gdy ATP jest defosforylowany, rozszczepienie grupy fosforanowej uwalnia energię w postaci, którą może wykorzystać komórka.
Adenozyna nie jest jedyną zasadą, która ulega fosforylacji z wytworzeniem AMP, ADP i ATP. Na przykład guanozyna może również tworzyć GMP, PKB i GTP.
Wykrywanie fosforylacji
Niezależnie od tego, czy cząsteczka została fosforylowana, można wykryć za pomocą przeciwciał, elektroforezalub spekrtometria masy. Jednak identyfikacja i charakterystyka miejsc fosforylacji jest trudna. W połączeniu z często stosuje się znakowanie izotopowe fluorescencja, elektroforeza i testy immunologiczne.
Źródła
- Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). „Proces odwracalnej fosforylacji: dzieło Edmonda H. Fischer ”. Journal of Biological Chemistry. 286 (3).
- Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S..; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (01.10.2007). „Fosforylacja glukozy jest wymagana do sygnalizacji mTOR w sercu zależnej od insuliny”. Badania sercowo-naczyniowe. 76 (1): 71–80.