A foszforilezés egy foszforilcsoport (PO3-) szervesre molekula. A foszforilcsoport eltávolítását defoszforilációnak nevezzük. A foszforilezést és a defoszforilációt is elvégezzük enzimek által (például kinázok, foszfotranszferázok). A foszforilezés fontos a biokémia és a molekuláris biológia területén, mivel kulcsfontosságú reakció a fehérje és az enzim funkciójában, a cukor anyagcseréjében, valamint az energia tárolásában és felszabadításában.
A foszforiláció célja
A foszforilezés kritikus szabályozói szerepet játszik a sejteket. Funkciói a következők:
- Fontos a glikolízis szempontjából
- Fehérje-fehérje kölcsönhatáshoz használják
- Fehérje lebontásban használják
- Szabályozza az enzimek gátlását
- Az energiaigényű kémiai reakciók szabályozásával fenntartja a homeosztázist
A foszforiláció típusai
Sokféle molekula foszforilálódhat és defoszforilálódhat. A foszforilezés három legfontosabb típusa a glükóz-foszforilezés, a protein-foszforiláció és az oxidatív foszforiláció.
Glükóz-foszforiláció
Szőlőcukor
és más cukrokat gyakran foszforilálnak, mint első lépésüket katabolizmus. Például a D-glükóz glikolízisének első lépése a D-glükóz-6-foszfáttá történő átalakítása. A glükóz egy kicsi molekula, amely könnyen áthatol a sejteken. A foszforilezés egy nagyobb molekulát képez, amely nem jut be könnyen a szövetbe. Tehát a foszforiláció kritikus jelentőségű a vércukorszint koncentrációjának szabályozásában. A glükózkoncentráció viszont közvetlenül kapcsolódik a glikogén képződéséhez. A glükóz foszforilációja szintén kapcsolódik a szív növekedéséhez.Fehérje-foszforiláció
Phoebus Levene a Rockefeller Orvosi Kutatóintézetben volt az első, aki azonosította a foszforilált protein (foszvitin) 1906-ban, de a fehérjék enzimatikus foszforilációját nem írták le az 1930-as évekig.
A fehérje foszforilezése akkor történik, amikor a foszforilcsoportot hozzáadják aminosav. Általában az aminosav szerin, bár a foszforiláció treoninnal és tirozinnal is előfordul eukariótákban és hisztidin a prokariótákban. Ez egy észterezési reakció, ahol egy foszfátcsoport reagál a szerin, treonin vagy tirozin oldalláncának hidroxil (-OH) csoportjával. Az enzim protein kináz kovalensen megköti a foszfátcsoportot az aminosavhoz. A pontos mechanizmus némileg eltér egymástól prokarióták és eukarióták. A foszforiláció legjobban tanulmányozott formái a transzlációs módosítások (PTM), ami azt jelenti, hogy a fehérjék egy RNS templátból történő transzláció után foszforilálódnak. A fordított reakciót, a defoszforilációt, a protein-foszfatázok katalizálják.
A fehérje foszforilációjának fontos példája a hisztonok foszforilezése. Az eukariótákban a DNS hozzákapcsolódik a hisztonfehérjékhez, hogy kialakuljanak kromatin. A hiszton-foszforiláció módosítja a kromatin szerkezetét, és megváltoztatja annak protein-protein és DNS-protein kölcsönhatásait. Általában a foszforiláció akkor történik, amikor a DNS megsérül, és megnyitja a teret az eltört DNS körül, hogy a javító mechanizmusok elvégezzék munkájukat.
Amellett, hogy a DNS-javítás, a fehérje foszforiláció kulcsszerepet játszik az anyagcserében és a jelátviteli folyamatokban.
Oxidatív foszforiláció
Az oxidatív foszforiláció révén a sejt tárolja és felszabadítja a kémiai energiát. Egy eukarióta sejtben a reakciók a mitokondriumokon belül fordulnak elő. Az oxidatív foszforiláció a következő reakciókból áll: az elektronszállító lánc és a kemiozmózis. Összefoglalva: a redox reakció átjuttatja a fehérjék és más molekulák elektronjait a mitokondriumok belső membránjában az elektronszállító lánc mentén, felszabadítva az energiát, amelyet a adenozin-trifoszfát (ATP) kemiozmózisban.
Ebben a folyamatban a NADH és a FADH2 szállítson elektronokat az elektronszállító láncba. Az elektronok a nagyobb energiától az alacsonyabb energiáig mozognak, amikor a lánc mentén haladnak, és energiát engednek el az út mentén. Ennek az energianek a része hidrogénionok szivattyúzásához (H+) elektrokémiai gradienst képez. A lánc végén az elektronok az oxigénbe kerülnek, amely H-vel kötődik+ hogy vizet képezzen. H+ ionok szolgáltatják az energiát az ATP szintázhoz szintetizálni az ATP-t. Amikor az ATP defoszforilálódik, a foszfátcsoport lebontása energiát szabadít fel olyan formában, amelyet a sejt felhasználhat.
Az adenozin nem az egyetlen bázis, amely foszforiláción megy keresztül, hogy AMP, ADP és ATP képződjön. Például a guanozin formálhat GMP-t, GDP-t és GTP-t.
A foszforiláció észlelése
Annak ellenére lehet kimutatni, hogy egy molekulát foszforiláltak-e vagy sem, elektroforézisvagy tömegspektrometria. A foszforilációs helyek azonosítása és jellemzése azonban nehéz. Az izotópok címkézését gyakran használják a fluoreszkálás, elektroforézis és immunvizsgálatok.
források
- Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, L. Robert (2011-01-21). "A megfordítható foszforiláció folyamata: H. Edmond munkája Fischer”. Journal of Biological Chemistry. 286 (3).
- Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "A szívben az inzulinfüggő mTOR jelzéshez glükóz-foszforiláció szükséges". Kardiovaszkuláris kutatás. 76 (1): 71–80.