Fosforilarea este un proces fundamental al biochimiei care are loc nu numai în organismul uman, ci în toate organismele vii cu un nucleu și bacterii. Este o componentă indispensabilă a transducției intracelulare a semnalului și o modalitate importantă de a controla comportamentul celulei. În principal, componente ale proteine sunt fosforilate, dar altele molecule precum zaharurile pot servi și ca substraturi. La nivel chimic de observare, fosforilarea proteine rezultă o acid fosforic ester legătură.
Ce este fosforilarea?
Fosforilarea este un proces fundamental de biochimie care are loc în organismul uman. Fosforilarea furnizează energie celulei. Termenul fosforilare se referă la transferul de fosfat grupuri la organice molecule - de obicei reziduurile de aminoacizi care se completează până proteine. Fosfații au o structură tetraedrică constând dintr-un atom central de fosfor și patru înconjurătoare legate covalent oxigen atomi. Fosfat grupurile au o încărcare dublă negativă. Transferul lor către o moleculă organică are loc prin specific enzime, așa-numitele kinaze. Consumând energie, acestea leagă de obicei fosfat reziduu la o grupare hidroxi a unei proteine, formând o acid fosforic ester. Cu toate acestea, acest proces este reversibil, adică poate fi inversat, din nou, cu certitudine enzime. Astfel de enzime, care scindează geuppenul de fosfat, sunt denumite în general fosfataze. Atât kinazele, cât și fosfatazele reprezintă fiecare o clasă distinctă de enzime care pot fi subdivizate în subclase în funcție de diferite criterii, cum ar fi natura substratului sau mecanismul de activare.
Funcția și sarcina
O importanță crucială a fosfaților, în special a polifosfaților, în organism este furnizarea de energie. Cel mai proeminent exemplu este ATP (adenozină trifosfat), care este considerat principalul transmițător de energie din organism. Prin urmare, stocarea energiei în organismul uman înseamnă de obicei sinteza ATP. Pentru a face acest lucru, un reziduu de fosfat trebuie transferat la o moleculă de ADP (adenozină difosfat) astfel încât lanțul său de grupări fosfat legate prin legături de anhidridă fosforică este extins. Molecula rezultată se numește ATP (adenozină trifosfat). Energia stocată în acest mod este obținută din clivajul reînnoit al legăturii, lăsând în urmă ADP. Este posibilă și scindarea unui alt fosfat, formând AMP (adenozin monofosfat). Fiecare clivaj al unui fosfat pune la dispoziția celulei mai mult de 30 kJ per mol. Zaharurile sunt, de asemenea, fosforilate pe parcursul metabolismului carbohidraților umani din motive energetice. Glicoliza este, de asemenea, denumită „fază de colectare” și „fază de câștig”, deoarece energia sub formă de grupări fosfat trebuie mai întâi investită în materiile prime pentru câștigul ulterior al ATP. În plus, glucoză, de exemplu, ca glucoză-6-fosfat, nu se mai poate difuza nestingherit prin membrana celulara și este astfel fixat în interiorul celulei, unde este necesar pentru alte etape metabolice importante. În plus, fosforilările și reacțiile lor de inversare, împreună cu inhibarea alosterică și competitivă, reprezintă mecanismele cruciale pentru reglarea activității celulare. În acest proces, proteinele sunt în mare parte fosforilate sau defosforilate. aminoacizi cele mai frecvent modificate sunt serina, treonina și tirozina, care sunt prezente în proteine, serina fiind implicată în majoritatea covârșitoare a fosforilărilor. Pentru proteinele cu activitate enzimatică, ambele procese pot conduce până la activare sau inactivare, în funcție de structura moleculei. Alternativ, poate fi (de) fosforilată prin transferarea sau retragerea unei sarcini duble negative conduce la o schimbare a conformației proteinei astfel încât anumite alte molecule se poate lega de domeniile proteice afectate sau pur și simplu nu. Un exemplu al acestui mecanism este clasa receptorilor cuplați cu proteina G. Ambele mecanisme joacă un rol proeminent în transducția semnalului în interiorul celulei și în reglarea metabolismului celular. Ele pot influența comportamentul unei celule fie direct prin activitatea enzimei, fie indirect, prin transcrierea modificată și traducerea ADN-ului.
Boli și afecțiuni
Pe cât de universale și fundamentale sunt funcțiile fosforilărilor, consecințele atunci când acest mecanism de reacție este afectat sunt multiple. Un defect sau inhibarea fosforilării, de obicei declanșat de o deficiență a protein kinazelor sau de deficiența lor, poate conduce la boli metabolice, boli ale sistem nervos și mușchii sau leziuni individuale ale organelor, printre altele. În primul rând, celulele nervoase și musculare sunt adesea afectate, ceea ce se manifestă prin simptome neurologice și slăbiciune musculară. La scară mică, unele tulburări ale kinazelor sau fosfatazelor pot fi compensate de către organism, deoarece în unele cazuri sunt disponibile mai multe căi pentru transmiterea unui semnal și astfel „situl defect” din lanțul semnalului poate fi ocolit. Apoi, de exemplu, o altă proteină îl înlocuiește pe cel defect. Eficiența enzimatică redusă, pe de altă parte, poate fi compensată prin producerea mai multă. Atât toxinele interne și externe, cât și mutațiile genetice sunt posibile cauze ale unei deficiențe sau defecțiuni a kinazelor și fosfatazelor. Dacă o astfel de mutație are loc în ADN-ul mitocondriile, există efecte negative asupra fosforilării oxidative și astfel a sintezei ATP, sarcina principală a acestor organite celulare. O astfel de boală mitocondrială este LHON (neuropatia optică ereditară a lui Leber), în care există o pierdere rapidă a vederii, uneori în combinație cu aritmii cardiace. Această boală este moștenită matern, adică exclusiv de la mamă, deoarece ADN-ul său mitocondrial este transmis copilului, în timp ce al tatălui nu.
