Φωσφορυλίωση και πώς λειτουργεί

click fraud protection

Η φωσφορυλίωση είναι η χημική προσθήκη μιας φωσφορυλικής ομάδας (PO3-) σε ένα οργανικό μόριο. Η απομάκρυνση μιας φωσφορυλικής ομάδας ονομάζεται αποφωσφορυλίωση. Και η φωσφορυλίωση και η αποφωσφορυλίωση διεξάγονται από ένζυμα (π.χ., κινάσες, φωσφοτρανσφεράσες). Η φωσφορυλίωση είναι σημαντική στους τομείς της βιοχημείας και της μοριακής βιολογίας επειδή είναι μια βασική αντίδραση στην πρωτεϊνική και ενζυματική λειτουργία, στον μεταβολισμό του σακχάρου και στην αποθήκευση και απελευθέρωση ενέργειας.

Σκοποί της Φωσφορυλίωσης

Η φωσφορυλίωση διαδραματίζει κρίσιμο ρυθμιστικό ρόλο κυττάρων. Οι λειτουργίες του περιλαμβάνουν:

  • Σημαντικό για τη γλυκόλυση
  • Χρησιμοποιείται για αλληλεπίδραση πρωτεΐνης-πρωτεΐνης
  • Χρησιμοποιείται στην αποικοδόμηση πρωτεϊνών
  • Ρυθμίζει την αναστολή του ενζύμου
  • Διατηρεί την ομοιόσταση ρυθμίζοντας χημικές αντιδράσεις που απαιτούν ενέργεια

Τύποι φωσφορυλίωσης

Πολλοί τύποι μορίων μπορούν να υποβληθούν σε φωσφορυλίωση και αποφωσφορυλίωση. Τρεις από τους πιο σημαντικούς τύπους φωσφορυλίωσης είναι η φωσφορυλίωση γλυκόζης, η φωσφορυλίωση πρωτεϊνών και η οξειδωτική φωσφορυλίωση.

instagram viewer

Φωσφορυλίωση γλυκόζης

Γλυκόζη και τα άλλα σάκχαρα συχνά φωσφορυλιώνονται ως το πρώτο βήμα τους καταβολισμός. Για παράδειγμα, το πρώτο στάδιο της γλυκόλυσης της D-γλυκόζης είναι η μετατροπή της σε D-γλυκόζη-6-φωσφορικό. Η γλυκόζη είναι ένα μικρό μόριο που διαπερνά εύκολα τα κύτταρα. Η φωσφορυλίωση σχηματίζει ένα μεγαλύτερο μόριο που δεν μπορεί εύκολα να εισέλθει στον ιστό. Έτσι, η φωσφορυλίωση είναι κρίσιμη για τη ρύθμιση της συγκέντρωσης της γλυκόζης στο αίμα. Η συγκέντρωση γλυκόζης, με τη σειρά της, σχετίζεται άμεσα με το σχηματισμό γλυκογόνου. Η φωσφορυλίωση της γλυκόζης συνδέεται επίσης με την καρδιακή ανάπτυξη.

Φωσφορυλίωση πρωτεϊνών

Ο Phoebus Levene στο Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας του Rockefeller ήταν ο πρώτος που αναγνώρισε ένα φωσφορυλιωμένη πρωτεΐνη (phosvitin) το 1906, αλλά δεν περιγράφηκε ενζυματική φωσφορυλίωση πρωτεϊνών μέχρι τη δεκαετία του 1930.

Η φωσφορυλίωση πρωτεΐνης λαμβάνει χώρα όταν προστίθεται η φωσφορυλική ομάδα ένα αμινοξύ. Συνήθως, το αμινοξύ είναι σερίνη, αν και η φωσφορυλίωση εμφανίζεται επίσης σε θρεονίνη και τυροσίνη σε ευκαρυωτικά και ιστιδίνη σε προκαρυωτικά. Αυτή είναι μια αντίδραση εστεροποίησης όπου μια φωσφορική ομάδα αντιδρά με την ομάδα υδροξυλίου (-ΟΗ) μιας πλευρικής αλυσίδας σερίνης, θρεονίνης ή τυροσίνης. Η πρωτεϊνική κινάση του ενζύμου συνδέεται ομοιοπολικά με μια φωσφορική ομάδα στο αμινοξύ. Ο ακριβής μηχανισμός διαφέρει κάπως μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών. Οι καλύτερα μελετημένες μορφές φωσφορυλίωσης είναι οι μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις (PTM), που σημαίνει ότι οι πρωτεΐνες φωσφορυλιώνονται μετά από μετάφραση από ένα πρότυπο RNA. Η αντίστροφη αντίδραση, η αποφωσφορυλίωση, καταλύεται από πρωτεϊνικές φωσφατάσες.

Ένα σημαντικό παράδειγμα φωσφορυλίωσης πρωτεϊνών είναι η φωσφορυλίωση των ιστονών. Στα ευκαρυωτικά, το DNA συνδέεται με τις πρωτεΐνες ιστόνης για το σχηματισμό χρωματίνη. Η φωσφορυλίωση της ιστόνης τροποποιεί τη δομή της χρωματίνης και μεταβάλλει τις αλληλεπιδράσεις πρωτεΐνης-πρωτεΐνης και ϋΝΑ-πρωτεΐνης. Συνήθως, η φωσφορυλίωση εμφανίζεται όταν το DNA έχει καταστραφεί, ανοίγοντας χώρο γύρω από το σπασμένο DNA έτσι ώστε οι μηχανισμοί επισκευής να μπορούν να κάνουν τη δουλειά τους.

Εκτός από τη σημασία του σε Επισκευή DNA, η φωσφορυλίωση πρωτεϊνών παίζει βασικό ρόλο στις οδούς μεταβολισμού και σηματοδότησης.

Οξειδωτική Φωσφορυλίωση

Η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι το πώς ένα κύτταρο αποθηκεύει και απελευθερώνει χημική ενέργεια. Σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο, οι αντιδράσεις εμφανίζονται μέσα στα μιτοχόνδρια. Η οξειδωτική φωσφορυλίωση συνίσταται στις αντιδράσεις του την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και εκείνων της χημιοσμωτικής. Συνοπτικά, η οξειδοαναγωγική αντίδραση περνά τα ηλεκτρόνια από τις πρωτεΐνες και άλλα μόρια κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, απελευθερώνοντας την ενέργεια που χρησιμοποιείται για να κάνει τριφωσφορική αδενοσίνη (ΑΤΡ) στη χημιοσμόζη.

Σε αυτή τη διαδικασία, NADH και FADH2 παραδίδουν ηλεκτρόνια στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια κινούνται από την υψηλότερη ενέργεια στη χαμηλότερη ενέργεια καθώς προχωρούν κατά μήκος της αλυσίδας, απελευθερώνοντας ενέργεια στην πορεία. Μέρος αυτής της ενέργειας πηγαίνει στην άντληση ιόντων υδρογόνου (Η+) για να σχηματίσει μια ηλεκτροχημική κλίση. Στο τέλος της αλυσίδας, τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται στο οξυγόνο, το οποίο συνδέεται με το Η+ για να σχηματίσουν νερό. H+ τα ιόντα τροφοδοτούν την ενέργεια για τη συνθάση του ATP για τη σύνθεση του ΑΤΡ. Όταν το ΑΤΡ αποφωσφορυλιώνεται, η διάσπαση της φωσφορικής ομάδας απελευθερώνει ενέργεια σε μια μορφή που μπορεί να χρησιμοποιήσει το κύτταρο.

Η αδενοσίνη δεν είναι η μόνη βάση που υφίσταται φωσφορυλίωση για να σχηματίσει AMP, ADP και ATP. Για παράδειγμα, η γουανοσίνη μπορεί επίσης να σχηματίσει GMP, GDP και GTP.

Ανίχνευση φωσφορυλίωσης

Το εάν ένα μόριο έχει φωσφορυλιωθεί ή όχι μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας αντισώματα, ηλεκτροφόρηση, ή φασματομετρία μάζας. Ωστόσο, είναι δύσκολη η ταυτοποίηση και ο χαρακτηρισμός των θέσεων φωσφορυλίωσης. Η σήμανση ισοτόπων χρησιμοποιείται συχνά, σε συνδυασμό με φθορισμός, ηλεκτροφόρηση και ανοσοδοκιμασίες.

Πηγές

  • Kresge, Nicole. Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Η διαδικασία της αναστρέψιμης φωσφορυλίωσης: το έργο του Edmond H. Fischer ". Journal of Biological Chemistry. 286 (3).
  • Sharma, Saumya. Guthrie, Patrick Η.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Η φωσφορυλίωση της γλυκόζης είναι απαραίτητη για τη σηματοδότηση της mTOR από την ινσουλίνη στην καρδιά". Καρδιαγγειακή έρευνα. 76 (1): 71–80.
instagram story viewer