Ce este fosforilarea și cum funcționează?

Fosforilarea este adăugarea chimică a unei grupări fosforil (PO)₃^-) la o moleculă organică. Eliminarea unei grupe fosforil se numește defosforilare. Atât fosforilarea, cât și defosforilarea sunt realizate de enzime (de exemplu, kinaze, fosfotransferaze). Fosforilarea este importantă în domeniile biochimiei și biologiei moleculare, deoarece este o reacție cheie în proteina și funcția enzimelor, metabolismul zahărului și stocarea și eliberarea de energie.

Scopurile fosforilării

Fosforilarea joacă un rol regulator critic în celule. Funcțiile sale includ:

• Important pentru glicoliză
• Folosit pentru interacțiunea proteină-proteină
• Folosit în degradarea proteinelor
• Reglează inhibarea enzimei
• Menține homeostazia prin reglarea reacțiilor chimice care necesită energie

Tipuri de fosforilare

Multe tipuri de molecule pot suferi fosforilare și defosforilare. Trei dintre cele mai importante tipuri de fosforilare sunt fosforilarea glucozei, fosforilarea proteinelor și fosforilarea oxidativă.

Fosforilarea glucozei

Glucoza și alte zaharuri sunt adesea fosforilate ca prim pas al catabolismului lor. De exemplu, prima etapă a glicolizei D-glucozei este transformarea acesteia în D-glucoză-6-fosfat. Glucoza este o moleculă mică care pătrunde ușor în celule. Fosforilarea formează o moleculă mai mare care nu poate intra ușor în țesut. Deci, fosforilarea este critică pentru reglarea concentrației de glucoză din sânge. La rândul său, concentrația de glucoză este direct legată de formarea glicogenului. Fosforilarea glucozei este legată și de creșterea cardiacă.

Fosforilarea proteinelor

Phoebus Levene la Rockefeller Institute for Medical Research a fost primul care a identificat o proteină fosforilată (fosvitină) în 1906, dar fosforilarea enzimatică a proteinelor nu a fost descrisă până în anii 1930.

Fosforilarea proteică are loc atunci când grupa fosforil este adăugată la un aminoacid. De obicei, aminoacidul este serină, deși fosforilarea apare și pe treonină și tirozină în eucariote și histidină în procariote. Aceasta este o reacție de esterificare în care o grupare fosfat reacționează cu grupul hidroxil (-OH) al unei lanțuri laterale serine, treonine sau tirozine. Enzima proteină kinază leagă covalent o grupare fosfat de aminoacid. Mecanismul precis diferă oarecum între procariote și eucariote. Cele mai bine studiate forme de fosforilare sunt modificările post-translaționale (PTM), ceea ce înseamnă că proteinele sunt fosforilate după traducerea dintr-un șablon ARN. Reacția inversă, defosforilarea, este catalizată de fosfatazele proteice.

Un exemplu important de fosforilare proteică este fosforilarea histonelor. În eucariote, ADN-ul este asociat cu proteinele histonice pentru a forma cromatină. Fosforilarea histonei modifică structura cromatinei și modifică interacțiunile proteină-proteină și ADN-proteină. De obicei, fosforilarea are loc când ADN-ul este deteriorat, deschizând spațiu în jurul ADN-ului spart, astfel încât mecanismele de reparație să își poată face munca.

În plus față de importanța sa în repararea ADN-ului, fosforilarea proteinelor joacă un rol esențial în metabolismul și căile de semnalizare.

Fosforilare oxidativă

Fosforilarea oxidativă este modul în care o celulă stochează și eliberează energie chimică. Într-o celulă eucariotă, reacțiile apar în mitocondrii. Fosforilarea oxidativă constă din reacțiile lanțului de transport de electroni și cele ale chemiosmozei. În rezumat, reacția redox trece electroni din proteine ​​și alte molecule de-a lungul lanțului de transport de electroni în membrana internă a mitocondriei, eliberând energie care este utilizată pentru a produce adenozina trifosfat (ATP) în chemomoza.

În acest proces, NADH și FADH₂ livrați electroni în lanțul de transport al electronilor. Electronii trec de la energie mai mare la energie mai mică pe măsură ce progresează de-a lungul lanțului, eliberând energie pe parcurs. O parte din această energie este destinată pompării ionilor de hidrogen (H⁺) pentru a forma un gradient electrochimic. La sfârșitul lanțului, electronii sunt transferați în oxigen, care se leagă cu H⁺ pentru a forma apă. H⁺ ionii furnizează energia pentru ATP sintază pentru a sintetiza ATP. Când ATP este defosforilat, clivarea grupului fosfat eliberează energie într-o formă pe care o poate utiliza celula.

Adenozina nu este singura bază care suferă fosforilare pentru a forma AMP, ADP și ATP. De exemplu, guanozina poate forma și GMP, PIB și GTP.

Detectarea fosforilării

Dacă o moleculă a fost fosforilată sau nu poate fi detectată folosind anticorpi, electroforeză sau spectrometrie de masă. Cu toate acestea, identificarea și caracterizarea siturilor de fosforilare este dificilă. Etotopul este adesea folosit, în combinație cu fluorescență, electroforeză și imuno-analize.

surse

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Procesul fosforilării reversibile: opera lui Edmond H. Fischer". Jurnalul de chimie biologică. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Fosforilarea glucozei este necesară pentru semnalizarea mTOR dependentă de insulină în inimă". Cercetări cardiovasculare. 76 (1): 71-80.