Фосфорилирането е основен процес на биохимия, който се случва не само в човешкия организъм, но и във всички живи организми с ядро и бактерии. Това е незаменим компонент на вътреклетъчната трансдукция на сигнала и важен начин за контрол на клетъчното поведение. Най-вече компоненти на протеини са фосфорилирани, но други молекули като захари също могат да служат като субстрати. На химическо ниво на наблюдение, фосфорилиране на протеини води до a фосфорна киселина естер връзка.
Какво е фосфорилиране?
Фосфорилирането е основен процес на биохимия, който се случва в човешкия организъм. Фосфорилирането осигурява енергия на клетката. Терминът фосфорилиране се отнася до трансфера на фосфат групи към органични молекули - обикновено аминокиселинните остатъци, които грим протеини. Фосфатите имат тетраедрична структура, състояща се от централен атом на фосфор и четири околни ковалентно свързани кислород атоми. фосфат групите имат двоен отрицателен заряд. Прехвърлянето им към органична молекула става чрез специфични ензими, така наречените кинази. Консумирайки енергия, те обикновено свързват фосфат остатък до хидрокси група на протеин, образувайки a фосфорна киселина естер. Този процес обаче е обратим, т.е. може да бъде обърнат, отново от някои ензими, такъв ензими, които отделят фосфат геупен, обикновено се наричат фосфатази. И двете кинази и фосфатази представляват отделен клас ензими, които могат да бъдат допълнително подразделени на подкласове според различни критерии, като естеството на субстрата или механизма на активиране.
Функция и задача
Решаващото значение на фосфатите, особено на полифосфатите, в организма е осигуряването на енергия. Най-видният пример е ATP (аденозин трифосфат), който се счита за основен енергиен предавател в тялото. Следователно, съхранението на енергия в човешкия организъм обикновено означава синтез на АТФ. За да направите това, фосфатен остатък трябва да бъде прехвърлен в молекула на ADP (аденозин дифосфат), така че веригата му от фосфатни групи, свързани с фосфорни анхидридни връзки, се разширява. Получената молекула се нарича АТФ (аденозин трифосфат). Съхранената по този начин енергия се получава от подновеното разцепване на връзката, оставяйки зад себе си ADP. Възможно е и разцепване на друг фосфат, образувайки АМФ (аденозин монофосфат). Всяко разцепване на фосфат прави повече от 30 kJ на мол на разположение на клетката. Захарите също се фосфорилират по време на човешкия въглехидратен метаболизъм поради енергийни причини. Гликолизата се нарича още „фаза на събиране“ и „фаза на усилване“, тъй като първоначално в изходните материали трябва да се инвестира енергия под формата на фосфатни групи за последващо придобиване на АТФ. В допълнение, гликозанапример, като глюкоза-6-фосфат, вече не може да дифузира безпрепятствено през клетъчната мембрана и по този начин се фиксира вътре в клетката, където е необходимо за по-нататъшни важни метаболитни стъпки. В допълнение, фосфорилирането и техните реакции на обръщане, заедно с алостерично и конкурентно инхибиране, представляват решаващите механизми за регулиране на клетъчната активност. В този процес протеините са предимно фосфорилирани или дефосфорилирани. The аминокиселини най-често модифицираните са серин, треонин и тирозин, които присъстват в протеините, като серинът участва в преобладаващото мнозинство от фосфорилирането. За протеини с ензимна активност и двата процеса могат олово до активиране или инактивиране, в зависимост от структурата на молекулата. Алтернативно, (де) фосфорилиране чрез прехвърляне или изтегляне на двоен отрицателен заряд също може олово до промяна в конформацията на протеина, така че някои други молекули може да се свърже със засегнатите протеинови домейни или просто не. Пример за този механизъм е класът на G протеин-свързани рецептори. И двата механизма играят видна роля в предаването на сигнала в клетката и в регулирането на клетъчния метаболизъм. Те могат да повлияят на поведението на клетката или директно чрез ензимна активност, или индиректно, чрез променена транскрипция и транслация на ДНК.
Болести и неразположения
Колкото и универсални и фундаментални да са функциите на фосфорилирането, последиците при нарушаване на този реакционен механизъм са многобройни. Дефект или инхибиране на фосфорилирането, обикновено предизвикан от дефицит на протеинкинази или тяхната дефектност, може олово към метаболитни заболявания, заболявания на нервната система и мускулите, или отделни увреждания на органи, наред с други. Първо, нервните и мускулните клетки често са засегнати, което се проявява в неврологични симптоми и мускулна слабост. В малък мащаб някои нарушения на киназите или фосфатазите могат да бъдат компенсирани от тялото, тъй като в някои случаи са налични няколко пътища за предаване на сигнал и по този начин „дефектното място“ в сигналната верига може да бъде заобиколено. Тогава например друг протеин замества дефектния. Намалената ензимна ефективност, от друга страна, може да бъде компенсирана чрез просто производство на повече. Както вътрешните, така и външните токсини, както и генетичните мутации са възможни причини за дефицит или неизправност на киназите и фосфатазите. Ако такава мутация се случи в ДНК на митохондрии, има отрицателни ефекти върху окислителното фосфорилиране и по този начин синтеза на АТФ, основната задача на тези клетъчни органели. Едно такова митохондриално заболяване е LHON (наследствената оптична невропатия на Лебер), при което има бърза загуба на зрение, понякога в комбинация с сърдечни аритмии. Това заболяване се наследява по майчина линия, т.е. изключително от майката, тъй като само нейната митохондриална ДНК се предава на детето, докато бащината не.
