Fosforylácia a ako to funguje

Fosforylácia je chemické pridanie fosforylovej skupiny (PO₃^-) na organické molekula. Odstránenie fosforylovej skupiny sa nazýva defosforylácia. Uskutočňuje sa fosforylácia aj defosforylácia pomocou enzýmov (napr. kinázy, fosfotransferázy). Fosforylácia je dôležitá v oblasti biochémie a molekulárnej biológie, pretože je to kľúčová reakcia na funkciu proteínov a enzýmov, metabolizmus cukru a ukladanie a uvoľňovanie energie.

Fosforylácia má v roku 2006 zásadnú regulačnú úlohu bunky. Medzi jeho funkcie patrí:

• Dôležité pre glykolýzu
• Používa sa na interakciu proteín-proteín
• Používa sa pri degradácii proteínov
• Reguluje inhibíciu enzýmov
• Udržiava homeostázu reguláciou energeticky náročných chemických reakcií

Mnoho typov molekúl môže podliehať fosforylácii a defosforylácii. Tri z najdôležitejších typov fosforylácie sú fosforylácia glukózy, fosforylácia proteínu a oxidatívna fosforylácia.

glukóza a ďalšie cukry sa často fosforylujú ako prvý krok

Phoebus Levene z Rockefellerovho inštitútu pre lekársky výskum bol prvý, kto identifikoval a fosforylovaný proteín (fosvitín) v roku 1906, ale enzymatická fosforylácia proteínov nebola opísaná do 30. rokov 20. storočia.

K fosforylácii proteínu dochádza, keď sa pridá fosforylová skupina aminokyselina. Aminokyselinou je obvykle serín, hoci k fosforylácii dochádza aj v treoníne a tyrozíne v eukaryotoch a histidíne v prokaryotoch. Toto je esterifikačná reakcia, pri ktorej fosfátová skupina reaguje s hydroxylovou (-OH) skupinou serínového, treonínového alebo tyrozínového postranného reťazca. Enzýmová proteínkináza kovalentne viaže fosfátovú skupinu na aminokyselinu. Presný mechanizmus sa medzi nimi trochu líši prokaryoty a eukaryoty. Najlepšie študovanými formami fosforylácie sú posttranslačné modifikácie (PTM), čo znamená, že proteíny sú fosforylované po translácii z templátu RNA. Reverzná reakcia, defosforylácia, je katalyzovaná proteínovými fosfatázami.

Dôležitým príkladom proteínovej fosforylácie je fosforylácia histónov. V eukaryotoch je DNA tvorená histónovými proteínmi chromatín. Fosforylácia histónu modifikuje štruktúru chromatínu a mení jeho interakcie proteín-proteín a DNA-proteín. Fosforylácia sa zvyčajne vyskytuje, keď je poškodená DNA, čím sa otvára priestor okolo zlomenej DNA, aby opravné mechanizmy mohli vykonávať svoju prácu.

Okrem jeho dôležitosti v roku 2007 Oprava DNAFosforylácia proteínov hrá kľúčovú úlohu v metabolických a signálnych dráhach.

Oxidačná fosforylácia je spôsob, akým bunka ukladá a uvoľňuje chemickú energiu. V eukaryotických bunkách sa reakcie vyskytujú v mitochondriách. Oxidačná fosforylácia pozostáva z reakcií reťazec prenosu elektrónov a chemiosmózy. Stručne povedané, redoxná reakcia prechádza elektrónmi z proteínov a iných molekúl pozdĺž reťazca transportu elektrónov vo vnútornej membráne mitochondrií a uvoľňuje energiu, ktorá sa používa na výrobu adenosintrifosfátu (ATP) pri chemiosmóze.

V tomto procese NADH a FADH₂ dopravte elektróny do dopravného reťazca elektrónov. Elektróny sa pohybujú z vyššej energie na nižšiu energiu, keď postupujú pozdĺž reťazca a uvoľňujú energiu pozdĺž cesty. Časť tejto energie smeruje na čerpanie vodíkových iónov (H⁺) na vytvorenie elektrochemického gradientu. Na konci reťazca sú elektróny prevedené na kyslík, ktorý sa viaže s H⁺ tvoriť vodu. H⁺ Ióny dodávajú energiu pre syntézu ATP syntetizovať ATP. Keď je ATP defosforylovaný, štiepenie fosfátovej skupiny uvoľní energiu vo forme, ktorú môže bunka použiť.

Adenozín nie je jedinou bázou, ktorá podlieha fosforylácii za vzniku AMP, ADP a ATP. Napríklad guanozín môže tiež tvoriť GMP, GDP a GTP.

Či je alebo nie je molekula fosforylovaná, je možné zistiť pomocou protilátok, elektroforézaalebo hmotnostná spektrometria. Identifikácia a charakterizácia fosforylačných miest je však zložitá. Izotopové označovanie sa často používa v spojení s fluorescencie, elektroforéza a imunotesty.

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). „Proces reverzibilnej fosforylácie: dielo Edmonda H. Fischer ". Journal of Biological Chemistry. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). „Fosforylácia glukózy je potrebná na signalizáciu mTOR závislú od inzulínu v srdci“. Kardiovaskulárny výskum. 76 (1): 71–80.