Fosforylering og hvordan det fungerer

click fraud protection

Fosforylering er den kjemiske tilsetningen til en fosforylgruppe (PO3-) til en organisk molekyl. Fjerning av en fosforylgruppe kalles defosforylering. Både fosforylering og defosforylering utføres av enzymer (f.eks. kinaser, fosfotransferaser). Fosforylering er viktig innen biokjemi og molekylærbiologi fordi det er en nøkkelreaksjon i protein- og enzymfunksjon, sukkermetabolisme og lagring og frigjøring av energi.

Formål med fosforylering

Fosforylering spiller en kritisk regulatorisk rolle i celler. Funksjonene inkluderer:

  • Viktig for glykolyse
  • Brukes til protein-protein interaksjon
  • Brukes i proteinnedbrytning
  • Regulerer enzymhemming
  • Opprettholder homeostase ved å regulere energikrevende kjemiske reaksjoner

Typer fosforylering

Mange typer molekyler kan gjennomgå fosforylering og defosforylering. Tre av de viktigste typene fosforylering er glukosefosforylering, proteinfosforylering og oksidativ fosforylering.

Glukosefosforylering

glukose og andre sukkerarter blir ofte fosforylert som det første trinnet av deres

instagram viewer
katabolisme. For eksempel er det første trinnet med glykolyse av D-glukose omdannelsen til D-glukose-6-fosfat. Glukose er et lite molekyl som lett gjennomsyrer celler. Fosforylering danner et større molekyl som ikke lett kan komme inn i vev. Så fosforylering er kritisk for å regulere blodsukkerkonsentrasjonen. Glukosekonsentrasjon er på sin side direkte relatert til glykogendannelse. Glukosefosforylering er også knyttet til hjertevekst.

Proteinfosforylering

Phoebus Levene ved Rockefeller Institute for Medical Research var den første som identifiserte en fosforyleret protein (fosvitin) i 1906, men enzymatisk fosforylering av proteiner ble ikke beskrevet fram til 1930-tallet.

Proteinfosforylering skjer når fosforylgruppen tilsettes en aminosyre. Vanligvis er aminosyren serin, selv om fosforylering også forekommer på treonin og tyrosin i eukaryoter og histidin i prokaryoter. Dette er en forestringsreaksjon hvor en fosfatgruppe reagerer med hydroksylgruppen (-OH) i en serin-, treonin- eller tyrosin-sidekjede. Enzymproteinkinasen binder en fosfatgruppe kovalent til aminosyren. Den presise mekanismen skiller seg noe mellom prokaryoter og eukaryoter. De best studerte formene for fosforylering er posttranslasjonelle modifikasjoner (PTM), noe som betyr at proteinene fosforyleres etter translasjon fra en RNA-mal. Den omvendte reaksjonen, defosforylering, katalyseres av proteinfosfataser.

Et viktig eksempel på proteinfosforylering er fosforylering av histoner. I eukaryoter er DNA assosiert med histonproteiner som skal dannes kromatin. Histon fosforylering endrer strukturen til kromatin og endrer dets protein-protein og DNA-protein interaksjoner. Vanligvis oppstår fosforylering når DNA blir skadet, og åpner rom rundt ødelagt DNA slik at reparasjonsmekanismer kan gjøre sitt arbeid.

I tillegg til dets betydning i DNA-reparasjon, spiller proteinfosforylering en nøkkelrolle i metabolisme og signalveier.

Oksidativ fosforylering

Oksidativ fosforylering er hvordan en celle lagrer og frigjør kjemisk energi. I en eukaryotisk celle forekommer reaksjonene innenfor mitokondriene. Oksidativ fosforylering består av reaksjonene fra elektrontransportkjeden og de av kjemiosmose. Oppsummert passerer redoksreaksjon elektronene fra proteiner og andre molekyler langs elektrontransportkjeden i mitokondriens indre membran, og frigjør energi som brukes til å lage adenosintrifosfat (ATP) ved kjemiosmose.

I denne prosessen, NADH og FADH2 levere elektroner til elektrontransportkjeden. Elektroner beveger seg fra høyere energi til lavere energi når de går langs kjeden, og frigjør energi underveis. En del av denne energien går til pumping av hydrogenioner (H+) for å danne en elektrokjemisk gradient. På slutten av kjeden overføres elektronene til oksygen, som binder seg til H+ å danne vann. H+ ioner tilfører energien for ATP-syntase å syntetisere ATP. Når ATP avfosforyleres, frigjør spalting av fosfatgruppen energi i en form cellen kan bruke.

Adenosin er ikke den eneste basen som gjennomgår fosforylering for å danne AMP, ADP og ATP. For eksempel kan guanosin også danne GMP, BNP og GTP.

Oppdage fosforylering

Hvorvidt et molekyl er blitt fosforylert eller ikke, kan påvises ved bruk av antistoffer, elektroforese, eller massespektrometri. Det er imidlertid vanskelig å identifisere og karakterisere fosforyleringssteder. Isotopmerking blir ofte brukt, i forbindelse med fluorescens, elektroforese og immunoanalyser.

kilder

  • Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Prosessen med reversibel fosforylering: arbeidet til Edmond H. Fischer". Journal of Biologisk kjemi. 286 (3).
  • Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Glukosefosforylering er nødvendig for insulinavhengig mTOR-signalering i hjertet". Kardiovaskulær forskning. 76 (1): 71–80.
instagram story viewer