Fosforilacija i kako djeluje

Fosforilacija je kemijski dodatak fosforilne skupine (PO)3-) organskom molekula. Uklanjanje fosforilne skupine naziva se defosforilacija. Izvodi se i fosforilacija i defosforilacija enzimima (npr. kinaze, fosfotransferaze). Fosforilacija je važna u području biokemije i molekularne biologije jer je ključna reakcija u funkciji proteina i enzima, metabolizmu šećera, skladištenju i oslobađanju energije.

Svrha fosforilacije

Fosforilacija igra ključnu regulatornu ulogu u Stanice. Njegove funkcije uključuju:

  • Važno za glikolizu
  • Koristi se za interakciju bjelančevina i proteina
  • Koristi se u razgradnji proteina
  • Regulira inhibiciju enzima
  • Održava homeostazu reguliranjem kemijskih reakcija koje zahtijevaju energiju

Vrste fosforilacije

Mnoge vrste molekula mogu proći fosforilaciju i deposforilaciju. Tri najvažnije vrste fosforilacije su fosforilacija glukoze, fosforilacija proteina i oksidativna fosforilacija.

Fosforilacija glukoze

Glukoza a drugi su šećeri često fosforilirani kao prvi njihov stupanj katabolizam

. Na primjer, prvi korak glikolize D-glukoze je njegova pretvorba u D-glukoza-6-fosfat. Glukoza je mala molekula koja lako prožima stanice. Fosforilacija tvori veću molekulu koja ne može lako ući u tkivo. Dakle, fosforilacija je kritična za regulaciju koncentracije glukoze u krvi. Koncentracija glukoze zauzvrat je izravno povezana s stvaranjem glikogena. Fosforilacija glukoze također je povezana s rastom srca.

Fosforilacija proteina

Phoebus Levene iz Rockefellerovog instituta za medicinska istraživanja bio je prvi koji je identificirao fosforilirani protein (fosvitin) 1906. godine, ali enzimska fosforilacija proteina nije opisana do 1930-ih.

Fosforilacija proteina nastaje kad se fosforilnoj skupini doda aminokiselina. Obično je aminokiselina serin, iako se fosforilacija događa i na treoninu i tirozinu u eukariotima i histidinu u prokariotima. Ovo je reakcija esterifikacije u kojoj fosfatna skupina reagira s hidroksilnom (-OH) skupinom bočnog lanca serina, treonina ili tirozina. Enzim protein kinaza kovalentno veže fosfatnu skupinu na aminokiselinu. Precizni mehanizam nešto se razlikuje prokarioti i eukarioti. Najbolje proučeni oblici fosforilacije su posttranslacijske modifikacije (PTM), što znači da se proteini fosforiliraju nakon prevođenja iz RNA predloška. Obrnuta reakcija, defosforilacija, katalizira proteinske fosfataze.

Važan primjer fosforilacije proteina je fosforilacija histona. U eukariotama DNA se povezuje s proteinima histona da bi se tvorio kromatina. Fosforilacija histona mijenja strukturu kromatina i mijenja njegove interakcije protein-protein i DNA-protein. Fosforilacija se obično događa kada je oštećena DNK, otvarajući prostor oko razbijene DNK, tako da mehanizmi popravka mogu obaviti svoj posao.

Pored svoje važnosti u Popravak DNKfosforilacija proteina igra ključnu ulogu u metabolizmu i signalnim putovima.

Oksidativne fosforilacije

Oksidativna fosforilacija je način na koji stanica skladišti i oslobađa kemijsku energiju. U eukariotskoj stanici reakcije se događaju unutar mitohondrija. Oksidativna fosforilacija sastoji se od reakcija lanac transporta elektrona i one hemiozmoze. Ukratko, redoks reakcija prolazi elektrone iz proteina i drugih molekula duž lanca transporta elektrona u unutrašnjoj membrani mitohondrija, oslobađajući energiju koja se koristi za stvaranje adenozin trifosfat (ATP) kod hemiozmoze.

U tom su procesu NADH i FADH2 dostavljaju elektrone u transportni lanac elektrona. Elektroni se kreću iz više energije do niže energije dok napreduju duž lanca, oslobađajući energiju na putu. Dio ove energije ide u ispumpavanje vodikovih iona (H+) za stvaranje elektrokemijskog gradijenta. Na kraju lanca elektroni se prenose u kisik koji se veže s H+ da formira vodu. H+ ioni daju energiju za ATP sintazu sintetizirati ATP. Kad se ATP defosforilira, cijepanje fosfatne skupine oslobađa energiju u obliku koji stanica može koristiti.

Adenozin nije jedina baza koja se podvrgava fosforilaciji radi formiranja AMP, ADP i ATP. Na primjer, gvanozin također može tvoriti GMP, BDP i GTP.

Otkrivanje fosforilacije

Da li je molekula fosforilirana ili ne može se otkriti pomoću antitijela, elektroforeza, ili masovna spektrometrija. Međutim, teško je identificirati i karakterizirati mjesta fosforilacije. Obilježavanje izotopa često se koristi, zajedno sa fluorescencija, elektroforeza i imunoanaliza.

izvori

  • Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Proces reverzibilne fosforilacije: djelo Edmonda H. Fischer”. Časopis za biološku kemiju. 286 (3).
  • Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Fosforilacija glukoze potrebna je za signalizaciju mTOR ovisne o inzulinu u srcu". Kardiovaskularna istraživanja. 76 (1): 71–80.