Fosforilinimas

Fosforilinimas yra pagrindinis biochemijos procesas, vykstantis ne tik žmogaus organizme, bet ir visuose gyvuose dalykuose su ląstelės branduoliu ir bakterijomis. Tai yra nepakeičiama tarpląstelinio signalo perdavimo dalis ir svarbus būdas kontroliuoti ląstelių elgesį. Dažniausiai baltymų komponentai yra fosforilinami, tačiau substratai taip pat gali naudoti kitas molekules, tokias kaip cukrus. Cheminiu požiūriu baltymų fosforilinimas sukuria fosforo rūgšties esterių ryšį.

Kas yra fosforilinimas?

Sąvoka fosforilinimas apibūdina fosfato grupių perkėlimą į organines molekules - dažniausiai tai yra aminorūgščių liekanos, kurios sudaro baltymus. Fosfatai turi tetraedrinę struktūrą, sudarytą iš centrinio fosforo atomo ir keturių aplinkinių, kovalentiškai surištų deguonies atomų.

Fosfato grupės turi dvigubą neigiamą krūvį. Jie į organinę molekulę perkeliami specifinių fermentų, vadinamųjų kinazių, dėka. Panaudojant energiją, fosfato liekanos paprastai jungiasi su baltymo hidroksilo grupe taip, kad susidaro fosforo rūgšties esteris. Tačiau šis procesas yra grįžtamasis, t. jį gali pakeisti, tam tikri fermentai. Tokie fermentai, kurie skaido fosfato grupes, paprastai vadinami fosfatazėmis.

Tiek kinazės, tiek fosfatazės žymi savo fermentų klasę, kurią galima suskirstyti į papildomus poklasius pagal įvairius kriterijus, tokius kaip substrato tipas arba aktyvacijos mechanizmas.

Funkcija ir užduotis

Svarbus fosfatų, ypač polifosfatų, vaidmuo organizme yra energijos tiekimas. Ryškiausias to pavyzdys yra ATP (adenozino trifosfatas), kuris yra pagrindinis energijos nešiklis kūne. Taigi energijos kaupimas žmogaus organizme paprastai reiškia ATP sintezę.

Norėdami tai padaryti, fosfato likučiai turi būti perkelti į ADP (adenozino difosfato) molekulę taip, kad būtų pratęsta fosfatų grupių grandinė, sujungta per fosforo anhidrido ryšius. Gauta molekulė vadinama ATP (adenozino trifosfatas). Tokiu būdu kaupiama energija gaunama atnaujinus jungties skilimą, paliekant ADP. Kitas fosfatas taip pat gali būti suskaidytas, susidarant AMP (adenozino monofosfatas). Kiekvieną kartą skaidant fosfatą, ląstelėje yra daugiau kaip 30 kJ vienam moliui.

Cukrus taip pat fosforilinamas vykstant žmogaus angliavandenių apykaitai dėl energetinių priežasčių. Taip pat kalbama apie glikolizės „surinkimo fazę“ ir „atsistatymo fazę“, nes energija fosfato grupių pavidalu pirmiausia turi būti investuojama į pradines medžiagas, kad vėliau būtų ATP. Be to, gliukozė, pavyzdžiui, kaip gliukozės-6-fosfatas, nebegali netrukdytai difuziškai pasiskirstyti per ląstelės membraną, todėl yra fiksuojama ląstelės viduje, kur to reikia kitoms svarbioms metabolizmo stadijoms.

Be to, fosforilinimas ir jų atvirkštinės reakcijos, be alosterinio ir konkurencinio slopinimo, yra lemiami ląstelių aktyvumo reguliavimo mechanizmai.Dažniausiai baltymai yra fosforilinami arba defosforilinami. Baltymuose esančios aminorūgštys serinas, treoninas ir tirozinas yra modifikuojamos dažniausiai. Serinas dalyvauja daugumoje fosforilinimo atvejų. Baltymų, kurių aktyvumas yra fermentas, atveju, atsižvelgiant į molekulės struktūrą, abu procesai gali sukelti aktyvaciją ir inaktyvaciją.

Kaip alternatyva, (de) fosforilinimas perkeliant arba pašalinant dvigubą neigiamą krūvį taip pat gali sąlygoti baltymo konformacijos pasikeitimą taip, kad tam tikros kitos molekulės gali prisijungti prie paveiktų baltymų domenų arba jų daugiau nebegali. Šio mechanizmo pavyzdys yra su G-baltymais sujungtų receptorių klasė.

Abu mechanizmai vaidina išskirtinį vaidmenį perduodant signalus ląstelėje ir reguliuodami ląstelių metabolizmą. Jie gali paveikti ląstelės elgesį tiesiogiai per fermento aktyvumą arba netiesiogiai, pakeisdami DNR transkripciją ir transliaciją.

Ligos ir negalavimai

Tokios universalios ir pagrindinės kaip fosforilinimo funkcijos, jei bus sutrikdytas šis reakcijos mechanizmas, pasekmės yra tokios pačios. Fosforilinimo defektas ar slopinimas, paprastai sukeliamas dėl baltymų kinazių trūkumo ar jų trūkumo, gali sukelti medžiagų apykaitos ligas, nervų sistemos ir raumenų ligas ar pažeisti atskirus organus. Pirmiausia dažnai pažeidžiamos nervų ir raumenų ląstelės, tai pasireiškia neurologiniais simptomais ir raumenų silpnumu.

Iš dalies, organizmas gali kompensuoti kai kuriuos kinazių ar fosfatazių sutrikimus, nes kartais yra keli signalo perdavimo būdai ir tokiu būdu galima išvengti signalo grandinės „trūkumų taško“. Tada, pavyzdžiui, kitas baltymas pakeičia trūkumą. Kita vertus, sumažėjęs fermentų efektyvumas gali būti kompensuojamas tiesiog didinant gamybą.

Vidiniai ir išoriniai toksinai, taip pat genetinės mutacijos yra galimos kinazių ir fosfatazių trūkumo ar netinkamo veikimo priežastys.

Jei tokia mutacija įvyksta mitochondrijų DNR, tai neigiamai veikia oksidacinį fosforilinimą ir tokiu būdu ATP sintezę - pagrindinę šių ląstelių organelių užduotį. Tokia mitochondrijų liga yra, pavyzdžiui, LHON (Lebero paveldima optinė neuropatija), kai greitai išnyksta regėjimas, kartais kartu su širdies aritmijomis. Ši liga paveldima motinos, t. išskirtinai iš motinos, nes vaikui perduodama tik jos mitochondrinė DNR, bet ne tėvo.