Fosforilēšana ir fosforilgrupas (PO3-) uz organisko molekula. Fosforilgrupas noņemšanu sauc par fosforilēšanu. Tiek veikta gan fosforilēšana, gan defosforilēšana ar fermentiem (piemēram, kināzes, fosfotransferāzes). Fosforilēšana ir svarīga bioķīmijas un molekulārās bioloģijas jomā, jo tā ir galvenā reakcija olbaltumvielu un fermentu darbībā, cukura metabolismā, kā arī enerģijas uzkrāšanā un izdalīšanā.
Fosforilēšanas mērķi
Fosforilācijai ir kritiska regulatīva loma šūnas. Tās funkcijās ietilpst:
- Svarīgi glikolīzei
- Izmanto olbaltumvielu-olbaltumvielu mijiedarbībai
- Izmanto olbaltumvielu sadalīšanās procesā
- Regulē enzīmu kavēšanu
- Uztur homeostāzi, regulējot enerģijai vajadzīgas ķīmiskās reakcijas
Fosforilēšanas veidi
Daudzu veidu molekulās var notikt fosforilēšana un defosforilēšana. Trīs no vissvarīgākajiem fosforilēšanas veidiem ir glikozes fosforilēšana, olbaltumvielu fosforilēšana un oksidatīvā fosforilēšana.
Glikozes fosforilēšana
Glikoze un citi cukuri bieži tiek fosforilēti kā to pirmais solis
katabolisms. Piemēram, D-glikozes glikolīzes pirmais solis ir tās pārvēršana D-glikozes-6-fosfātā. Glikoze ir maza molekula, kas viegli iekļūst šūnās. Fosforilēšana veido lielāku molekulu, kas nevar viegli iekļūt audos. Tātad fosforilēšana ir kritiska, lai regulētu glikozes koncentrāciju asinīs. Glikozes koncentrācija savukārt ir tieši saistīta ar glikogēna veidošanos. Glikozes fosforilēšanās ir saistīta arī ar sirds augšanu.Olbaltumvielu fosforilēšana
Fobuss Levēns Rokfellera Medicīnas pētījumu institūtā bija pirmais, kurš identificēja a fosforilēts proteīns (fosvitīns) 1906. gadā, bet olbaltumvielu fermentatīvā fosforilēšana nebija aprakstīta līdz 30. gadiem.
Olbaltumvielu fosforilēšanās notiek, kad fosforilgrupa tiek pievienota aminoskābe. Parasti aminoskābe ir serīns, kaut arī fosforilēšanās notiek treonīnam un tirozīnam eikariotos un histidīnam prokariotos. Šī ir esterifikācijas reakcija, kurā fosfātu grupa reaģē ar serīna, treonīna vai tirozīna sānu ķēdes hidroksil (-OH) grupu. Fermenta proteīna kināze kovalenti saista fosfātu grupu ar aminoskābi. Precīzais mehānisms nedaudz atšķiras prokarioti un eikarioti. Vislabāk izpētītās fosforilēšanas formas ir posttranslācijas modifikācijas (PTM), kas nozīmē, ka proteīni tiek fosforilēti pēc translācijas no RNS šablona. Apgriezto reakciju, defosforilēšanu, katalizē olbaltumvielu fosfatāzes.
Svarīgs olbaltumvielu fosforilēšanas piemērs ir histonu fosforilēšana. Eukariotos veidojas DNS ar histona olbaltumvielām hromatīns. Histona fosforilēšana maina hromatīna struktūru un maina tā olbaltumvielu-olbaltumvielu un DNS-olbaltumvielu mijiedarbību. Parasti fosforilēšana notiek, kad tiek sabojāta DNS, atverot vietu ap šķelto DNS, lai remonta mehānismi varētu veikt savu darbu.
Papildus tās nozīmei DNS remonts, olbaltumvielu fosforilēšanai ir galvenā loma metabolisma un signalizācijas ceļos.
Oksidējošā fosforilēšana
Oksidējošā fosforilēšana ir veids, kā šūna uzkrāj un izdala ķīmisko enerģiju. Eikariotu šūnā reakcijas notiek mitohondrijos. Oksidatīvā fosforilēšana sastāv no elektronu transportēšanas ķēde un chemiosmosis. Rezumējot, redoksreakcija izvada elektronus no olbaltumvielām un citām molekulām gar elektronu transportēšanas ķēdi mitohondriju iekšējā membrānā, atbrīvojot enerģiju, kas tiek izmantota adenozīna trifosfāts (ATP) ķīmiozmozē.
Šajā procesā NADH un FADH2 piegādā elektronus elektronu transporta ķēdē. Elektroni pārvietojas no augstākas enerģijas uz zemāku enerģiju, virzoties gar ķēdi, atbrīvojot enerģiju visa ceļa garumā. Daļa šīs enerģijas nonāk ūdeņraža jonu (H+), lai veidotu elektroķīmisko gradientu. Ķēdes beigās elektroni tiek pārnesti uz skābekli, kas savienojas ar H+ lai veidotu ūdeni. H+ joni piegādā enerģiju ATP sintāzei sintezēt ATP. Kad ATP tiek defosforilēts, fosfātu grupas šķelšana atbrīvo enerģiju šūnā izmantojamā formā.
Adenozīns nav vienīgā bāze, kur notiek fosforilēšanās, veidojot AMP, ADP un ATP. Piemēram, guanozīns var veidot arī LRP, IKP un GTP.
Fosforilācijas noteikšana
To, vai molekula ir fosforilējusies, var noteikt, izmantojot antivielas, elektroforēze, vai masas spektrometrija. Tomēr ir grūti identificēt un raksturot fosforilēšanās vietas. Izotopu marķēšanu bieži izmanto kopā ar fluorescence, elektroforēze un imūnanalīzes.
Avoti
- Kresge, Nicole; Simoni, Roberts D.; Hils, Roberts L. (2011-01-21). "Atgriezeniskas fosforilēšanas process: Edmonda H darbs. Fišers ". Bioloģiskās ķīmijas žurnāls. 286 (3).
- Šarma, Saumja; Guthrie, Patrick H.; Čana, Suzanne S.; Haks, Sīds; Taegtmeijers, Heinrihs (2007-10-01). "Glikozes fosforilēšana ir nepieciešama no insulīna atkarīgam mTOR signālam sirdī". Sirds un asinsvadu pētījumi. 76 (1): 71–80.