Fosforilasyon - Phosphorylation
Olarak kimya , fosforilasyon , bir molekülün bir eklenmesidir fosforil grubu . Bu süreç ve tersi olan defosforilasyon , biyolojideki birçok hücresel süreç için kritiktir . Protein fosforilasyonu işlevleri açısından özellikle önemlidir; örneğin, bu modifikasyon aktifleştirir (ya da etkinliğini giderir) hemen hemen yarısı enzimler mevcut Saccharomyces cerevisiae , ve böylece bunların fonksiyonunu düzenlemek. Pek çok protein ( ökaryotlardaki proteomun 1 / 3'ü ile 2 / 3'ü arasında ), birçok şeker , lipid ve biyolojik olarak ilgili diğer moleküller gibi geçici olarak fosforile edilir .
Glikoz
Şekerlerin fosforilasyonu genellikle katabolizmalarının ilk aşamasıdır . Fosforilasyon, hücrelerin şeker biriktirmesine izin verir çünkü fosfat grubu, moleküllerin taşıyıcıları boyunca geri yayılmasını önler. Glikozun fosforilasyonu, şeker metabolizmasında anahtar bir reaksiyondur çünkü birçok şeker, daha fazla metabolize edilmeden önce ilk olarak glikoza dönüştürülür.
Glikolizin ilk basamağında D-glikozun D-glukoz-6-fosfata dönüşümü için kimyasal denklem ,
- D-glikoz + ATP → D-glikoz-6-fosfat + ADP
- ΔG ° = −16,7 kJ / mol (° standart koşulda ölçümü gösterir)
Birmingham Üniversitesi'nden araştırmacı DG Walker, yetişkin kobay karaciğerinde glikozun glikoz 6 fosfata fosforilasyonunu katalize eden iki spesifik enzimin varlığını belirledi. İki enzim, spesifik bir glukokinaz (ATP-D-glikoz 6-fosfotransferaz) ve spesifik olmayan heksokinaz (ATP-D-heksoz 6-fosfotransferaz) olarak tanımlanmıştır.
Karaciğer hücreleri, glukoza serbestçe geçirgendir ve glikozun ilk fosforilasyon hızı, karaciğer (ATP-D-glikoz 6-fosfotransferaz) ve spesifik olmayan heksokinaz (ATP-D-heksoz 6) tarafından glikoz metabolizmasında hız sınırlayıcı adımdır. -fosfotransferaz).
Glikoz 6-fosfatın glikojen sentazdaki rolü: Yüksek kan şekeri konsantrasyonu, karaciğer, iskelet kası ve yağ (adipoz) dokusunda hücre içi glikoz 6 fosfat seviyelerinde artışa neden olur. (ATP-D-glikoz 6-fosfotransferaz) ve spesifik olmayan heksokinaz (ATP-D-heksoz 6-fosfotransferaz). Olarak karaciğer glikojen sentezinin direkt olarak kan şekeri konsantrasyonu ve in ilişkilidir iskelet kası ve adipositler , glikojen sentaz üzerinde küçük bir etkisi glukoz yer alır. Yüksek kan şekeri, insülin salgılayarak, belirli glikoz taşıyıcılarının hücre zarına trans konumunu uyarır.
Karaciğerin, glikozu karbondioksite ve glikojene parçalayarak kan şekeri konsantrasyonlarının kontrol edilmesindeki hayati rolü, bunun bir düzenleme noktası olduğunu gösteren negatif delta G değeri ile karakterize edilir. Heksokinaz enzimi düşük bir Km'ye sahiptir, bu da glikoza yüksek bir afiniteye işaret eder, bu nedenle bu ilk fosforilasyon, kandaki nanoskopik ölçekte glikoz seviyelerinde bile devam edebilir.
Glikozun fosforilasyonu, Fruktoz-6-fosfatın bağlanmasıyla güçlendirilebilir ve fruktoz-1-fosfat bağlanmasıyla azaltılabilir. Diyette tüketilen fruktoz, karaciğerde F1P'ye dönüştürülür. Bu, sonuçta ileri reaksiyonu destekleyen F6P'nin glukokinaz üzerindeki etkisini ortadan kaldırır. Karaciğer hücrelerinin fruktozu fosforile etme kapasitesi, fruktoz-1-fosfatı metabolize etme kapasitesini aşmaktadır. Fazla fruktoz tüketmek, sonuçta karaciğer metabolizmasında bir dengesizliğe neden olur ve bu da karaciğer hücresinin ATP arzını dolaylı olarak tüketir.
Bir efektör olarak görev yapan, glikojen sentazı uyaran, glikoz 6 fosfat tarafından allosterik aktivasyon, siklik AMP ile uyarılan protein kinaz tarafından glikojen sentazın fosforilasyonunu inhibe edebilir.
Vücuttaki süreçlerde glikozun fosforilasyonu zorunludur. Örneğin , kalp içindeki rapamisin yolu aktivitesinin insüline bağımlı mekanik hedefi için fosforile edici glikoz gereklidir . Bu ayrıca ara metabolizma ile kalp büyümesi arasında bir bağlantı olduğunu göstermektedir.
Glikoliz
Glikoliz, glikozun farklı enzimlerin yardımıyla çeşitli adımlarla iki piruvat molekülüne parçalanması için gerekli bir süreçtir . On adımda gerçekleşir ve fosforilasyonun son ürünlere ulaşmak için çok gerekli ve gerekli bir adım olduğunu kanıtlar. Fosforilasyon , hazırlık adımının 1. adımında (glikolizin ilk yarısı) reaksiyonu başlatır ve ödeme fazının 6. adımını (glikolizin ikinci fazı) başlatır.
Glikoz, doğası gereği, hücre içine ve dışına yayılma yeteneği olan küçük bir moleküldür. Glikozu fosforile ederek (negatif yüklü bir fosfat grubu oluşturmak için bir fosforil grubu ekleyerek ), glikoz, glikoz-6-fosfata dönüştürülür ve hücre zarı negatif olarak yüklendiği için hücre içinde tutulur. Bu reaksiyon, birçok altı üyeli halka yapısının fosforile edilmesine yardımcı olan bir enzim olan heksokinaz enzimi nedeniyle oluşur. Glikoz-6-fosfat hücre zarından geçemez ve bu nedenle hücrenin içinde kalmaya zorlanır. Fosforilasyon, fruktoz-6-fosfatın fruktoz-1,6-bifosfata dönüştürüldüğü 3. adımda gerçekleşir. Bu reaksiyon, fosfofruktokinaz tarafından katalize edilir.
Fosforilasyon, hazırlık aşamaları sırasında ATP'ler tarafından gerçekleştirilirken, geri ödeme aşaması sırasında fosforilasyon, inorganik fosfat tarafından korunur. Her bir gliseraldehit-3-fosfat molekülü, 1,3-bifosfogliserat oluşturmak için fosforile edilir. Bu reaksiyon, GAPDH (gliseraldehit-3-fosfat dehidrojenaz) ile katalize edilir. Fosforilasyonun kademeli etkisi sonunda kararsızlığa neden olur ve enzimlerin glikozdaki karbon bağlarını açmasına izin verir.
Fosforilasyon, taşıma, kontrol ve verimliliğe yardımcı olduğu için glikolizin son derece hayati bir bileşeni olarak işlev görür.
Protein fosforilasyonu
Protein fosforilasyonu , ökaryotlarda en bol translasyon sonrası modifikasyon olarak kabul edilir . Fosforilasyon oluşabilir serin , treonin ve tirosin ile yan zincirleri (sıklıkla 'denilen kalıntıları') fosfoester bağı ile, oluşum histidin , lisin ve arginin ile fosforamidat bağlar ve ilgili aspartik asit ve glutamik asit karışık yoluyla anhidrit bağları . Son kanıtlar, imidazol halkasının hem 1 hem de 3 N atomlarında yaygın histidin fosforilasyonunu doğrulamaktadır. Son çalışmalar, HeLa hücre özütlerinde fosforile histidin, aspartat, glutamat, sistein, arginin ve lisin içeren motifler dahil olmak üzere, kanonik olmayan birçok amino asit üzerinde yaygın insan protein fosforilasyonunu göstermektedir. Bununla birlikte, bu fosforile edilmiş kalıntıların kimyasal değişkenliğinden ve Ser, Thr ve Tyr fosforilasyonunun belirgin bir şekilde aksine, fosforile histidinin (ve diğer kanonik olmayan amino asitlerin) standart biyokimyasal ve kütle spektrometrik yaklaşımlar kullanılarak analizi çok daha zordur ve Bunların korunması için klasik Ser, Thr ve Tyr fosforilasyonunun yanı sıra özel prosedürler ve ayırma teknikleri gereklidir.
Biyokimyada protein fosforilasyonunun önemli rolü , konu hakkında yayınlanan çok sayıda çalışma tarafından gösterilmektedir (Mart 2015 itibariyle MEDLINE veritabanı, çoğunlukla protein fosforilasyonu üzerine olmak üzere 240.000'den fazla makale döndürmektedir ).
ATP
Hücredeki "yüksek enerjili" değişim ortamı olan ATP , oksidatif fosforilasyon olarak adlandırılan bir işlemde ADP'ye üçüncü bir fosfat grubunun eklenmesiyle mitokondride sentezlenir . ATP ayrıca glikoliz sırasında substrat seviyesinde fosforilasyon ile sentezlenir . ATP tarafından güneş enerjisi pahasına sentezlenir fotofosforilasyonun olarak kloroplast bitki hücrelerinin.