Fosforilacija in kako deluje

Fosforilacija je kemični dodatek fosforilne skupine (PO₃^-) organskemu molekula. Odstranitev fosforilne skupine se imenuje dephosforilacija. Izvajajo se tako fosforilacija kot defosforilacija po encimih (npr. kinaze, fosfotransferaze). Fosforilacija je pomembna na področju biokemije in molekularne biologije, saj je ključna reakcija pri delovanju beljakovin in encimov, presnovi sladkorja ter shranjevanju in sproščanju energije.

Fosforilacija igra ključno regulacijsko vlogo pri celice. Njegove funkcije vključujejo:

• Pomembno za glikolizo
• Uporablja se za interakcijo beljakovin in beljakovin
• Uporablja se pri razgradnji beljakovin
• Uravnava encimsko inhibicijo
• Ohranja homeostazo z uravnavanjem energijsko potrebnih kemičnih reakcij

Številne vrste molekul se lahko podvržejo fosforilaciji in deposforilaciji. Tri najpomembnejše vrste fosforilacije so fosforilacija glukoze, fosforilacija beljakovin in oksidativno fosforilacijo.

Glukoza in drugi sladkorji so pogosto fosforilirani kot prvi njihov korak

Phoebus Levene z Inštituta za medicinske raziskave Rockefeller je bil prvi, ki je identificiral a fosforilirani protein (fosvitin) leta 1906, vendar encimsko fosforilacija beljakovin ni bila opisana do tridesetih let prejšnjega stoletja.

Fosforilacija beljakovin nastane, ko je fosforilna skupina dodana aminokislina. Običajno je aminokislina serin, čeprav se fosforilacija pojavlja tudi na treoninu in tirozinu v evkariotih in histidinu v prokariotih. To je reakcija esterifikacije, pri kateri fosfatna skupina reagira s hidroksilno (-OH) skupino stranske verige serina, treonina ali tirozina. Encim protein kinaza kovalentno veže fosfatno skupino na aminokislino. Natančen mehanizem se med seboj nekoliko razlikuje prokarioti in evkarioti. Najbolje raziskane oblike fosforilacije so posttranslacijske modifikacije (PTM), kar pomeni, da se proteini fosforilirajo po prevajanju iz predloge RNA. Reverzno reakcijo, defosforilacijo, katalizirajo proteinske fosfataze.

Pomemben primer fosforilacije beljakovin je fosforilacija histonov. V evkariotih je DNK povezan s tvorbo proteinov histona kromatin. Fosforilacija histona spreminja strukturo kromatina in spreminja medsebojno delovanje beljakovin in beljakovin. Običajno se fosforilacija pojavi, ko je poškodovana DNK, ki odpre prostor okrog porušene DNK, tako da mehanizmi za popravilo lahko opravijo svoje delo.

Poleg njenega pomena v Popravilo DNK, fosforilacija beljakovin igra ključno vlogo pri presnovi in ​​signalnih poteh.

Oksidativna fosforilacija je, kako celica shranjuje in sprošča kemično energijo. V evkariontski celici se reakcije pojavijo znotraj mitohondrijev. Oksidativno fosforilacijo sestavljajo reakcije transportna veriga elektronov in kemijske. Če povzamemo, redoks reakcija prenaša elektrone iz beljakovin in drugih molekul po verigi prenosa elektronov v notranji membrani mitohondrijev, sprošča energijo, ki se uporablja za izdelavo adenozin trifosfat (ATP) pri kemiosmozi.

V tem procesu NADH in FADH₂ oddajo elektrone v elektronsko transportno verigo. Elektroni se gibljejo od višje energije do nižje energije, ko napredujejo po verigi, sproščajo energijo na poti. Del te energije gre za črpanje vodikovih ionov (H⁺) za tvorbo elektrokemičnega gradienta. Na koncu verige se elektroni prenesejo v kisik, ki se veže s H⁺ da tvori vodo. H⁺ ioni dobavljajo energijo za ATP sintazo za sintezo ATP. Kadar se ATP defosforilira, cepitev fosfatne skupine sprošča energijo v obliki, ki jo lahko uporablja celica.

Adenozin ni edina baza, ki se podvrže fosforilaciji in tvori AMP, ADP in ATP. Na primer, gvanozin lahko tvori tudi GMP, BDP in GTP.

Ne glede na to, ali je molekula fosforilirana ali ne, je mogoče zaznati s protitelesi, elektroforezaali masna spektrometrija. Vendar je prepoznavanje in karakterizacija mest fosforilacije težko. Pogosto se uporablja označevanje izotopov v povezavi s fluorescenca, elektroforeza in imunološka analiza.

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Proces reverzibilne fosforilacije: delo Edmonda H. Fišer ". Časopis za biološko kemijo. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Fosforilacija glukoze je potrebna za signal, ki je odvisen od insulina v srcu". Kardiovaskularne raziskave. 76 (1): 71–80.