Kas yra fosforilinimas ir kaip jis veikia?

Oksidacinis, gliukozės ir baltymų fosforilinimas

MOLEKULE / Getty Images

Fosforilinimas yra cheminis fosforilo grupės (PO₃^-) į ekologišką molekulė . Fosforilo grupės pašalinimas vadinamas defosforilinimu. Atliekamas ir fosforilinimas, ir defosforilinimas fermentais (pvz., kinazės, fosfotransferazės). Fosforilinimas yra svarbus biochemijos ir molekulinės biologijos srityse, nes tai yra pagrindinė baltymų ir fermentų funkcijos, cukraus metabolizmo ir energijos kaupimo bei išleidimo reakcija.

Fosforilinimo tikslai

Fosforilinimas atlieka svarbų reguliavimo vaidmenį ląstelės . Jo funkcijos apima:

• Svarbus glikolizei
• Naudojamas baltymų ir baltymų sąveikai
• Naudojamas baltymų skaidymui
• Reguliuoja fermentų slopinimą
• Reguliuodamas energijos reikalaujančias chemines reakcijas palaiko homeostazę

Fosforilinimo rūšys

Daugelis molekulių tipų gali būti fosforilinami ir defosforilinami. Trys iš svarbiausių fosforilinimo tipų yra gliukozės fosforilinimas, baltymų fosforilinimas ir oksidacinis fosforilinimas.

Gliukozės fosforilinimas

gliukozė ir kiti cukrūs dažnai fosforilinami kaip pirmasis jų žingsnis katabolizmas . Pavyzdžiui, pirmasis D-gliukozės glikolizės žingsnis yra jos pavertimas D-gliukozės-6-fosfatu. Gliukozė yra maža molekulė, kuri lengvai prasiskverbia į ląsteles. Fosforilinimas sudaro didesnę molekulę, kuri negali lengvai patekti į audinį. Taigi, fosforilinimas yra labai svarbus reguliuojant gliukozės koncentraciją kraujyje. Gliukozės koncentracija, savo ruožtu, yra tiesiogiai susijusi su glikogeno susidarymu. Gliukozės fosforilinimas taip pat yra susijęs su širdies augimu.

Baltymų fosforilinimas

Phoebus Levene iš Rokfelerio medicinos tyrimų instituto buvo pirmasis, kuris 1906 m. nustatė fosforilintą baltymą (fosfitiną), tačiau fermentinis baltymų fosforilinimas buvo aprašytas tik 1930 m.

Baltymų fosforilinimas įvyksta, kai pridedama fosforilo grupė amino rūgštis . Paprastai aminorūgštis yra serinas, nors eukariotuose taip pat vyksta treonino ir tirozino fosforilinimas, o prokariotuose – histidinas. Tai esterinimo reakcija, kai fosfato grupė reaguoja su serino, treonino arba tirozino šoninės grandinės hidroksilo (-OH) grupe. Fermentas proteinkinazė kovalentiškai suriša fosfato grupę su aminorūgštimi. Tikslus mechanizmas šiek tiek skiriasi prokariotai ir eukariotai . Geriausiai ištirtos fosforilinimo formos yra posttransliacinės modifikacijos (PTM), o tai reiškia, kad baltymai fosforilinami po vertimo iš RNR šablono. Atvirkštinę reakciją, defosforilinimą, katalizuoja baltymų fosfatazės.

Svarbus baltymų fosforilinimo pavyzdys yra histonų fosforilinimas. Eukariotuose DNR yra susieta su histono baltymais, kad susidarytų chromatinas . Histono fosforilinimas keičia chromatino struktūrą ir keičia jo baltymų ir baltymų bei DNR ir baltymų sąveiką. Paprastai fosforilinimas įvyksta, kai pažeidžiama DNR, atveriant erdvę aplink sulaužytą DNR, kad taisymo mechanizmai galėtų atlikti savo darbą.

Be savo svarbos DNR taisymas , baltymų fosforilinimas vaidina pagrindinį vaidmenį metabolizme ir signalizacijos keliuose.

Oksidacinis fosforilinimas

Oksidacinis fosforilinimas yra tai, kaip ląstelė kaupia ir išskiria cheminę energiją. Eukariotų ląstelėje reakcijos vyksta mitochondrijose. Oksidacinis fosforilinimas susideda iš reakcijų elektronų transportavimo grandinė ir chemiozės. Apibendrinant galima pasakyti, kad redokso reakcija perduoda elektronus iš baltymų ir kitų molekulių išilgai elektronų transportavimo grandinės vidinėje mitochondrijų membranoje, išskirdama energiją, kuri naudojama adenozino trifosfatas (ATP) esant chemosmozei.

Šiame procese NADH ir FADH_dupristatyti elektronus į elektronų transportavimo grandinę. Elektronai juda iš didesnės energijos į žemesnę energiją, kai jie progresuoja grandinėje, išskirdami energiją. Dalis šios energijos skiriama vandenilio jonų siurbimui (H⁺), kad susidarytų elektrocheminis gradientas. Grandinės pabaigoje elektronai perduodami deguoniui, kuris jungiasi su H⁺kad susidarytų vanduo. H⁺jonai tiekia energiją ATP sintazei sintetinti ATP . Kai ATP defosforilinamas, fosfatų grupės skilimas išskiria energiją tokia forma, kurią ląstelė gali naudoti.

Adenozinas nėra vienintelė bazė, kuri fosforilinama, kad susidarytų AMP, ADP ir ATP. Pavyzdžiui, guanozinas taip pat gali sudaryti GMP, BVP ir GTP.

Fosforilinimo aptikimas

Nesvarbu, ar molekulė buvo fosforilinta, ar ne, galima nustatyti naudojant antikūnus, elektroforezė , arba masių spektrometrija . Tačiau sunku nustatyti ir apibūdinti fosforilinimo vietas. Ženklinimas izotopais dažnai naudojamas kartu su fluorescencija , elektroforezė ir imunologiniai tyrimai.

Šaltiniai

• Kresge, Nicole; Simoni, Robertas D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). „Grąžinamo fosforilinimo procesas: Edmondo H. Fischerio darbas“. Biologinės chemijos žurnalas . 286 (3).
• Šarma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Hakas, Syedas; Taegtmeyeris, Heinrichas (2007-10-01). „Gliukozės fosforilinimas reikalingas nuo insulino priklausomam mTOR signalizavimui širdyje“. Širdies ir kraujagyslių tyrimai . 76(1):71–80.