Fosforylace a jak to funguje

Fosforylace je chemické přidání fosforylové skupiny (PO3-) na organické molekula. Odstranění fosforylové skupiny se nazývá defosforylace. Provádí se fosforylace i defosforylace enzymy (např. kinázy, fosfotransferázy). Fosforylace je důležitá v oblasti biochemie a molekulární biologie, protože je to klíčová reakce ve funkci bílkovin a enzymů, metabolismu cukru a ukládání a uvolňování energie.

Účely fosforylace

Fosforylace hraje klíčovou regulační roli v EU buňky. Mezi jeho funkce patří:

  • Důležité pro glykolýzu
  • Používá se pro interakci protein-protein
  • Používá se při degradaci bílkovin
  • Reguluje inhibici enzymů
  • Udržuje homeostázu regulací chemických reakcí vyžadujících energii

Typy fosforylace

Mnoho typů molekul může podstoupit fosforylaci a defosforylaci. Tři z nejdůležitějších typů fosforylace jsou fosforylace glukózy, fosforylace proteinu a oxidativní fosforylace.

Fosforylace glukózy

Glukóza a další cukry jsou často fosforylovány jako první krok katabolismus. Například prvním krokem glykolýzy D-glukózy je její přeměna na D-glukóza-6-fosfát. Glukóza je malá molekula, která snadno proniká buňkami. Fosforylace tvoří větší molekulu, která nemůže snadno vstoupit do tkáně. Fosforylace je tedy rozhodující pro regulaci koncentrace glukózy v krvi. Koncentrace glukózy zase přímo souvisí s tvorbou glykogenu. Fosforylace glukózy je také spojena s růstem srdce.

Fosforylace proteinu

Phoebus Levene v Rockefellerově ústavu pro lékařský výzkum jako první identifikoval a fosforylovaný protein (fosvitin) v roce 1906, ale enzymatická fosforylace proteinů nebyla popsána do 30. let.

K fosforylaci proteinu dochází, když je přidána fosforylová skupina aminokyselina. Aminokyselinou je obvykle serin, i když k fosforylaci dochází také u threoninu a tyrosinu v eukaryotech a histidinu v prokaryotech. Toto je esterifikační reakce, kde fosfátová skupina reaguje s hydroxylovou (-OH) skupinou serinového, threoninového nebo tyrosinového postranního řetězce. Enzymová protein kináza kovalentně váže fosfátovou skupinu na aminokyselinu. Přesný mechanismus se poněkud liší prokaryoty a eukaryoty. Nejlépe studovanými formami fosforylace jsou posttranslační modifikace (PTM), což znamená, že proteiny jsou fosforylovány po translaci z RNA templátu. Reverzní reakce, defosforylace, je katalyzována proteinovými fosfatázami.

Důležitým příkladem fosforylace proteinu je fosforylace histonů. V eukaryotech je DNA spojena s histonovými proteiny za vzniku chromatin. Fosforylace histonu modifikuje strukturu chromatinu a mění jeho interakce protein-protein a DNA-protein. K fosforylaci obvykle dochází, když je poškozena DNA, což otevírá prostor kolem zlomené DNA, takže opravné mechanismy mohou vykonávat svou práci.

Kromě jeho důležitosti v Oprava DNAFosforylace proteinu hraje klíčovou roli v metabolických a signálních drahách.

Oxidační fosforylace

Oxidační fosforylace je způsob, jakým buňka ukládá a uvolňuje chemickou energii. V eukaryotické buňce se reakce objevují uvnitř mitochondrie. Oxidační fosforylace sestává z reakcí elektronový transportní řetězec a chemiosmózy. Stručně řečeno, redoxní reakce prochází elektrony z proteinů a dalších molekul podél řetězce transportu elektronů ve vnitřní membráně mitochondrie a uvolňuje energii, která se používá k výrobě adenosintrifosfát (ATP) při chemiosmóze.

V tomto procesu NADH a FADH2 doručte elektrony do řetězce transportu elektronů. Elektrony se pohybují od vyšší energie k nižší energii, jak postupují podél řetězce a uvolňují energii podél cesty. Část této energie jde na čerpání vodíkových iontů (H+) k vytvoření elektrochemického gradientu. Na konci řetězce jsou elektrony přeneseny na kyslík, který se váže s H+ tvořit vodu. H+ ionty dodávají energii pro syntézu ATP syntetizovat ATP. Když je ATP defosforylovaný, štěpením fosfátové skupiny se uvolní energie ve formě, kterou může buňka použít.

Adenosin není jediná báze, která podléhá fosforylaci za vzniku AMP, ADP a ATP. Například guanosin může také tvořit GMP, GDP a GTP.

Detekce fosforylace

Zda byla nebo nebyla molekula fosforylována, lze detekovat pomocí protilátek, elektroforéza, nebo hmotnostní spektrometrie. Identifikace a charakterizace fosforylačních míst je však obtížná. Izotopové značení se často používá ve spojení s fluorescence, elektroforéza a imunotesty.

Zdroje

  • Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). „Proces reverzibilní fosforylace: dílo Edmonda H. Fischer ". Žurnál biologické chemie. 286 (3).
  • Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). „Fosforylace glukózy je vyžadována pro inzulínově závislou signalizaci mTOR v srdci“. Kardiovaskulární výzkum. 76 (1): 71–80.