Фосфорилирование и как это работает

Фосфорилирование представляет собой химическое добавление фосфорильной группы (ПО₃^-) к органическому молекула. Удаление фосфорильной группы называется дефосфорилированием. Как фосфорилирование, так и дефосфорилирование ферментами (например, киназы, фосфотрансферазы). Фосфорилирование важно в области биохимии и молекулярной биологии, потому что это ключевая реакция в функции белка и фермента, метаболизма сахара, а также накопления и высвобождения энергии.

Фосфорилирование играет критическую регулирующую роль в ячейки. Его функции включают в себя:

• Важно для гликолиза
• Используется для межбелкового взаимодействия
• Используется в деградации белка
• Регулирует ингибирование ферментов
• Поддерживает гомеостаз, регулируя требующие энергии химические реакции

Многие типы молекул могут подвергаться фосфорилированию и дефосфорилированию. Тремя наиболее важными типами фосфорилирования являются фосфорилирование глюкозы, фосфорилирование белка и окислительное фосфорилирование.

глюкоза и другие сахара часто фосфорилируются в качестве первого шага их катаболизм. Например, первой стадией гликолиза D-глюкозы является ее превращение в D-глюкозо-6-фосфат. Глюкоза - это маленькая молекула, которая легко проникает в клетки. Фосфорилирование образует большую молекулу, которая не может легко попасть в ткани. Таким образом, фосфорилирование имеет решающее значение для регулирования концентрации глюкозы в крови. Концентрация глюкозы, в свою очередь, напрямую связана с образованием гликогена. Фосфорилирование глюкозы также связано с сердечным ростом.

Феб Левен из Института медицинских исследований Рокфеллера был первым, кто выявил фосфорилированный белок (фосвитин) в 1906 году, но ферментативное фосфорилирование белков не было описано до 1930-х годов.

Фосфорилирование белка происходит при добавлении фосфорильной группы к аминокислота. Обычно аминокислотой является серин, хотя фосфорилирование также происходит на треонине и тирозине у эукариот и гистидина у прокариот. Это реакция этерификации, при которой фосфатная группа реагирует с гидроксильной (-ОН) группой боковой цепи серина, треонина или тирозина. Фермент протеинкиназа ковалентно связывает фосфатную группу с аминокислотой. Точный механизм несколько отличается прокариоты и эукариоты. Наиболее изученными формами фосфорилирования являются посттрансляционные модификации (PTM), что означает, что белки фосфорилируются после трансляции с матрицы РНК. Обратная реакция, дефосфорилирование, катализируется протеинфосфатазой.

Важным примером фосфорилирования белка является фосфорилирование гистонов. У эукариот ДНК связана с белками гистонов с образованием хроматин. Фосфорилирование гистонов изменяет структуру хроматина и изменяет его белок-белковые и ДНК-белковые взаимодействия. Обычно, фосфорилирование происходит, когда ДНК повреждена, открывая пространство вокруг сломанной ДНК, так что механизмы восстановления могут выполнять свою работу.

В дополнение к его важности в Ремонт ДНК, фосфорилирование белка играет ключевую роль в метаболизме и сигнальных путях.

Окислительное фосфорилирование - это то, как клетка накапливает и высвобождает химическую энергию. В эукариотической клетке реакции происходят в митохондриях. Окислительное фосфорилирование состоит из реакций цепь переноса электронов и те, из хемиосмоса. Таким образом, окислительно-восстановительная реакция передает электроны от белков и других молекул вдоль цепи переноса электронов во внутренней мембране митохондрий, высвобождая энергию, которая используется для аденозинтрифосфат (АТФ) при хемиосмосе.

В этом процессе NADH и FADH₂ доставить электроны к цепи переноса электронов. Электроны движутся от более высокой энергии к более низкой энергии, поскольку они продвигаются вдоль цепи, выпуская энергию по пути. Часть этой энергии идет на перекачку ионов водорода (H⁺) сформировать электрохимический градиент. В конце цепи электроны переходят в кислород, который связывается с Н⁺ сформировать воду. ЧАС⁺ ионы поставляют энергию для АТФ-синтазы синтезировать АТФ. Когда АТФ дефосфорилируется, расщепление фосфатной группы высвобождает энергию в форме, которую клетка может использовать.

Аденозин - не единственное основание, которое подвергается фосфорилированию с образованием AMP, ADP и ATP. Например, гуанозин также может образовывать GMP, GDP и GTP.

Независимо от того, была ли молекула фосфорилирована, можно определить с помощью антител, электрофорез, или масс-спектрометрии. Однако выявить и охарактеризовать сайты фосфорилирования сложно. Изотопная маркировка часто используется в сочетании с флуоресценция, электрофорез и иммуноанализ.

• Кресге, Николь; Симони, Роберт Д.; Хилл, Роберт Л. (2011-01-21). «Процесс обратимого фосфорилирования: работа Эдмонда Х. Фишер». Журнал биологической химии. 286 (3).
• Шарма, Саумья; Гатри, Патрик Х.; Чан, Сюзанна С.; Хак, Сайед; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). «Фосфорилирование глюкозы необходимо для инсулинозависимой передачи сигналов mTOR в сердце». Сердечно-сосудистые исследования. 76 (1): 71–80.