Fosforilinimas yra cheminis fosforilo grupės (PO3-) į organinę molekulė. Fosforilo grupės pašalinimas vadinamas defosforilinimu. Atliekamas ir fosforilinimas, ir defosforilinimas pagal fermentus (pvz., kinazės, fosfotransferazės). Fosforilinimas yra svarbus biochemijos ir molekulinės biologijos srityse, nes tai yra pagrindinė baltymų ir fermentų funkcijos, cukraus metabolizmo, energijos kaupimo ir išsiskyrimo reakcija.
Fosforilinimo tikslai
Fosforilinimas vaidina lemiamą vaidmenį JAV ląstelės. Jos funkcijos apima:
- Svarbu glikolizei
- Naudojamas baltymų ir baltymų sąveikai
- Naudojamas baltymams skaidyti
- Reguliuoja fermentų slopinimą
- Palaiko homeostazę, reguliuodamas energiją reikalaujančias chemines reakcijas
Fosforilinimo tipai
Daugelio tipų molekulės gali fosforilėti ir defosforilėti. Trys svarbiausi fosforilinimo tipai yra gliukozės fosforilinimas, baltymų fosforilinimas ir oksidacinis fosforilinimas.
Gliukozės fosforilinimas
Gliukozė o kiti cukrūs dažnai fosforilinami kaip pirmasis jų žingsnis
katabolizmas. Pavyzdžiui, pirmasis D-gliukozės glikolizės žingsnis yra jos pavertimas D-gliukozės-6-fosfatu. Gliukozė yra maža molekulė, lengvai patenkanti į ląsteles. Fosforilinimas sudaro didesnę molekulę, kuri negali lengvai patekti į audinį. Taigi, fosforilinimas yra labai svarbus norint reguliuoti gliukozės koncentraciją kraujyje. Gliukozės koncentracija, savo ruožtu, yra tiesiogiai susijusi su glikogeno susidarymu. Gliukozės fosforilinimas taip pat susijęs su širdies augimu.Baltymų fosforilinimas
Phoebus Levene Rokfelerio medicinos tyrimų institute pirmasis nustatė a fosforilinto baltymo (fosvitino) 1906 m., tačiau fermentinis baltymų fosforilinimas nebuvo aprašytas iki 1930-ųjų.
Baltymų fosforilinimas vyksta, kai fosforilo grupė pridedama prie aminorūgštis. Paprastai amino rūgštis yra serinas, nors fosforilinimas taip pat vyksta treoninui ir tirozinui eukariotuose ir histidinui prokariotuose. Tai esterinimo reakcija, kai fosfato grupė reaguoja su serino, treonino arba tirozino šoninės grandinės hidroksilo (-OH) grupe. Fermento baltymo kinazė kovalentiškai suriša fosfato grupę su aminorūgštimi. Tikslus mechanizmas šiek tiek skiriasi prokariotai ir eukariotai. Geriausiai ištirtos fosforilinimo formos yra posttransliacinės modifikacijos (PTM), tai reiškia, kad baltymai fosforilinami po perkėlimo iš RNR šablono. Atvirkštinę reakciją, fosforilinimą, katalizuoja baltymų fosfatazės.
Svarbus baltymų fosforilinimo pavyzdys yra histonų fosforilinimas. Eukariotuose DNR susiejama su histono baltymais, kad susidarytų chromatinas. Histono fosforilinimas keičia chromatino struktūrą ir keičia jo baltymų ir baltymų bei DNR ir baltymų sąveiką. Paprastai fosforilinimas vyksta pažeidus DNR, atveriant erdvę aplink suskaidytą DNR, kad taisymo mechanizmai galėtų atlikti savo darbą.
Be savo svarbos DNR taisymasbaltymų fosforilinimas vaidina pagrindinį vaidmenį metabolizme ir signalizacijos keliuose.
Oksidacinis fosforilinimas
Oksidacinis fosforilinimas yra tai, kaip ląstelė kaupia ir išskiria cheminę energiją. Eukariotų ląstelėje reakcijos vyksta mitochondrijose. Oksidacinį fosforilinimą sudaro: elektronų transportavimo grandinė ir chemiosmozės. Apibendrinant galima pasakyti, kad redokso reakcija perduoda elektronus iš baltymų ir kitų molekulių išilgai elektronų transportavimo grandinės vidinėje mitochondrijų membranoje, išlaisvindama energiją, kuri naudojama adenozino trifosfatas (ATP) chemiosmozėje.
Šiame procese NADH ir FADH2 pristatyti elektronus į elektronų transportavimo grandinę. Elektronai juda iš aukštesnės energijos į mažesnę energiją, judėdami grandine, išleisdami energiją pakeliui. Dalis šios energijos eina vandenilio jonų siurbimui (H+) sudaryti elektrocheminį gradientą. Grandinės pabaigoje elektronai perkeliami į deguonį, kuris jungiasi su H+ susidaryti vandeniui. H+ jonai tiekia energiją ATP sintazei sintetinti ATP. Kai ATP defosforilinamas, skaidydamas fosfato grupę, energija išsiskiria tokia forma, kokią ląstelė gali naudoti.
Adenozinas nėra vienintelė fosforilinimo bazė, formuojanti AMP, ADP ir ATP. Pavyzdžiui, guanozinas taip pat gali sudaryti GMP, BVP ir GTP.
Fosforilinimo nustatymas
Ar molekulė fosforilinta, ar ne, galima nustatyti naudojant antikūnus, elektroforezė, arba masių spektrometrija. Tačiau sunku identifikuoti ir apibūdinti fosforilinimo vietas. Izotopų ženklinimas dažnai naudojamas kartu su fluorescencija, elektroforezė ir imunologiniai tyrimai.
Šaltiniai
- Kresge, Nicole; Simoni, Robertas D.; Hill, Robertas L. (2011-01-21). „Grįžtamojo fosforilinimo procesas: Edmondo H. darbas Fišeris “. Biologinės chemijos žurnalas. 286 (3).
- Šarma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyeris, Heinrichas (2007-10-01). „Gliukozės fosforilinimas reikalingas nuo insulino priklausomam mTOR signalui širdyje“. Širdies ir kraujagyslių tyrimai. 76 (1): 71–80.