Фосфорилација и како делује

Фосфорилација је хемијско додавање фосфорилне групе (ПО)₃^-) органском молекул. Уклањање фосфорилне групе назива се дефосфорилација. Изводи се и фосфорилација и дефосфорилација ензимима (нпр. киназе, фосфотрансферазе). Фосфорилација је важна у областима биохемије и молекуларне биологије, јер је кључна реакција у функцији протеина и ензима, метаболизму шећера, складиштењу и ослобађању енергије.

Фосфорилација игра кључну регулаторну улогу у ћелије. Његове функције укључују:

• Важно за гликолизу
• Користи се за интеракцију протеина и протеина
• Користи се у разградњи протеина
• Регулише инхибицију ензима
• Одржава хомеостазу регулисањем хемијских реакција које захтијевају енергију

Многе врсте молекула могу бити подвргнуте фосфорилацији и депосфорилацији. Три најважније врсте фосфорилације су фосфорилација глукозе, фосфорилација протеина и оксидативна фосфорилација.

Глукоза и други шећери су често фосфорилирани као први њихов корак катаболизам. На пример, први корак гликолизе Д-глукозе је његова претварање у Д-глукоза-6-фосфат. Глукоза је мали молекул који лако прожима ћелије. Фосфорилација формира већи молекул који не може лако ући у ткиво. Дакле, фосфорилација је критична за регулисање концентрације глукозе у крви. Концентрација глукозе је са друге стране директно повезана са стварањем гликогена. Фосфорилација глукозе је такође повезана са растом срца.

Пхоебус Левене из Рокфелеровог института за медицинска истраживања био је први који је идентификовао: фосфорилирани протеин (фосвитин) 1906. године, али ензимска фосфорилација протеина није описана до 1930-их.

Фосфорилација протеина настаје када се дода фосфорил група аминокиселина. Обично је аминокиселина серин, мада се фосфорилација дешава и на треонину и тирозину у еукариотима и хистидину у прокариотима. Ово је реакција естерификације где фосфатна група реагује са хидроксилном (-ОХ) групом бочног ланца серина, треонина или тирозина. Ензим протеин киназа ковалентно везује фосфатну групу на аминокиселину. Прецизни механизам се разликује између прокариоти и еукариоти. Најбоље проучавани облици фосфорилације су посттранслационе модификације (ПТМ), што значи да се протеини фосфорилирају након превођења из РНА шаблона. Реверзна реакција, дефосфорилација, катализује протеин фосфатазама.

Важан пример фосфорилације протеина је фосфорилација хистона. У еукариотама је ДНК повезан са хистонским протеинима да би се формирао хроматин. Фосфорилација хистона модификује структуру хроматина и мења интеракције протеин-протеин и ДНК-протеин. Фосфорилација се обично догоди када је ДНК оштећена, отварајући простор око разбијене ДНК, тако да механизми поправка могу да раде свој посао.

Поред свог значаја у Поправак ДНК, фосфорилација протеина игра кључну улогу у метаболизму и сигналним путовима.

Оксидативна фосфорилација је начин на који ћелија складишти и ослобађа хемијску енергију. У еукариотској ћелији реакције се дешавају унутар митохондрија. Оксидативна фосфорилација састоји се од реакција ланац транспорта електрона и хемиозмозе. Укратко, редокс реакција пролази електроне из протеина и других молекула дуж ланца преноса електрона у унутрашњој мембрани митохондрија, ослобађајући енергију која се користи за прављење аденозин трифосфат (АТП) код хемиозмозе.

У овом процесу су НАДХ и ФАДХ₂ испоручују електроне у транспортни ланац електрона. Електрони се крећу из више енергије до ниже енергије док напредују дуж ланца, ослобађајући енергију на путу. Део те енергије иде у испумпавање водоничних јона (Х)⁺) за формирање електрохемијског градијента. На крају ланца, електрони се преносе у кисеоник, који се веже за Х⁺ да формира воду. Х⁺ јони снабдевају енергијом за АТП синтазу синтетизовати АТП. Када је АТП дефосфорилиран, цепање фосфатне групе ослобађа енергију у облику који ћелија може да користи.

Аденозин није једина база која се подвргава фосфорилацији да би се формирали АМП, АДП и АТП. На пример, гванозин такође може да формира ГМП, БДП и ГТП.

Без обзира да ли је молекул фосфорилиран или не може се открити применом антитела, електрофореза, или спектрометрија масе. Међутим, тешко је идентификовати и карактеризирати места фосфорилације. Обележавање изотопа често се користи заједно са флуоресценција, електрофореза и имуноанализа.

• Кресге, Ницоле; Симони, Роберт Д.; Хилл, Роберт Л. (2011-01-21). "Процес реверзибилне фосфорилације: дело Едмонда Х. Фишер ". Часопис за биолошку хемију. 286 (3).
• Схарма, Саумиа; Гутхрие, Патрицк Х.; Цхан, Сузанне С.; Хак, Сиед; Таегтмеиер, Хеинрицх (2007-10-01). "Фосфорилација глукозе је потребна за мТОР сигнализацију зависну од инзулина у срцу". Кардиоваскуларна истраживања. 76 (1): 71–80.