Fosforylácia je základný proces biochémie, ktorý sa vyskytuje nielen v ľudskom organizme, ale vo všetkých živých organizmoch s jadrom a baktérie. Je nepostrádateľnou súčasťou prenosu intracelulárneho signálu a dôležitým spôsobom kontroly správania buniek. Väčšinou súčasti proteíny sú fosforylované, ale iné molekuly ako cukry môžu slúžiť aj ako substráty. Na chemickej úrovni pozorovania fosforylácia proteíny vedie k a kyselina fosforečná ester väzba.
Čo je fosforylácia?
Fosforylácia je základný proces biochémie, ktorý sa vyskytuje v ľudskom organizme. Fosforylácia dodáva bunke energiu. Termín fosforylácia sa týka prenosu fosfát skupiny na organické molekuly - zvyčajne aminokyselinové zvyšky, ktoré tvoriť proteíny. Fosfáty majú štvorbokú štruktúru pozostávajúcu z centrálneho atómu o fosfor a štyri okolité kovalentne spojené kyslík atómy. fosfát skupiny majú dvojitý záporný náboj. Ich prenos na organickú molekulu sa uskutočňuje prostredníctvom špecifických enzýmy, takzvané kinázy. Pri spotrebe energie tieto zvyčajne viažu fosfát zvyšok na hydroxyskupinu proteínu, tvoriaci a kyselina fosforečná ester. Tento proces je však reverzibilný, to znamená, že ho možno opäť zvrátiť enzýmy, taký enzýmy, ktoré štiepia fosfátové geuppen, sa všeobecne označujú ako fosfatázy. Ako kinázy, tak fosfatázy každá predstavuje odlišnú triedu enzýmov, ktorú je možné ďalej rozdeliť do podtried podľa rôznych kritérií, ako je napríklad povaha substrátu alebo mechanizmus aktivácie.
Funkcia a úloha
Rozhodujúcim významom fosfátov, najmä polyfosforečnanov, v tele je dodávka energie. Najvýznamnejším príkladom je ATP (adenozín trifosfát), ktorý sa považuje za hlavný prenášač energie v tele. Skladovanie energie v ľudskom organizme preto zvyčajne znamená syntézu ATP. K tomu musí byť fosfátový zvyšok prenesený na molekulu ADP (adenozín difosfát) tak, že jeho reťazec fosfátových skupín spojených väzbami anhydridu kyseliny fosforečnej je predĺžený. Výsledná molekula sa nazýva ATP (adenozín trifosfát). Takto uložená energia sa získava z obnoveného štiepenia väzby a zanecháva za sebou ADP. Možné je aj štiepenie iného fosfátu za vzniku AMP (adenozínmonofosfátu). Každé štiepenie fosfátu dáva bunke k dispozícii viac ako 30 kJ na mol. Cukry sú tiež fosforylované počas metabolizmu uhľohydrátov človeka z energetických dôvodov. Glykolýza sa tiež označuje ako „fáza zberu“ a „fáza získavania“, pretože energia vo forme fosfátových skupín musí byť najskôr investovaná do východiskových materiálov pre následný zisk ATP. Navyše, glukóza, napríklad ako glukóza-6-fosfát, už nemôže nerušene difundovať cez bunková membrána a je tak fixovaný vo vnútri bunky, kde je potrebný pre ďalšie dôležité metabolické kroky. Okrem toho fosforylácie a ich reverzné reakcie spolu s alosterickou a kompetitívnou inhibíciou predstavujú rozhodujúce mechanizmy regulácie bunkovej aktivity. V tomto procese sú proteíny väčšinou fosforylované alebo defosforylované. The aminokyseliny najčastejšie modifikované sú serín, treonín a tyrozín, ktoré sú prítomné v proteínoch, pričom serín sa podieľa na drvivej väčšine fosforylácií. U proteínov s enzýmovou aktivitou môžu oba procesy viesť k aktivácii alebo deaktivácii, v závislosti od štruktúry molekuly. Alternatívne môže byť tiež (de) fosforylácia prevedením alebo odobratím dvojitého záporného náboja viesť na zmenu v konformácii proteínu tak, že niektoré ďalšie molekuly sa môže viazať na postihnuté proteínové domény alebo nie. Príkladom tohto mechanizmu je trieda receptorov spojených s G proteínom. Oba mechanizmy majú významnú úlohu v signálnej transdukcii v bunke a v regulácii bunkového metabolizmu. Môžu ovplyvniť správanie bunky buď priamo prostredníctvom aktivity enzýmu, alebo nepriamo, prostredníctvom zmenenej transkripcie a translácie DNA.
Choroby a choroby
Akokoľvek sú funkcie fosforylácií univerzálne a zásadné, následky, keď je tento reakčný mechanizmus narušený, sú rozmanité. Porucha alebo inhibícia fosforylácie, zvyčajne vyvolaná nedostatkom proteínkináz alebo ich defektom, môže viesť na metabolické choroby, choroby nervový systém a svalov alebo okrem iného aj poškodenie jednotlivých orgánov. Po prvé, často sú postihnuté nervové a svalové bunky, čo sa prejaví neurologickými príznakmi a svalovou slabosťou. V malom rozsahu môžu byť niektoré poruchy kináz alebo fosfatáz kompenzované telom, pretože v niektorých prípadoch je k dispozícii niekoľko ciest na prenos signálu, a tak je možné obísť „chybné miesto“ v signálnom reťazci. Potom napríklad chybný nahradí iný proteín. Zníženú účinnosť enzýmov na druhej strane možno kompenzovať jednoduchou produkciou väčšieho množstva. Možné príčiny nedostatku alebo nesprávnej činnosti kináz a fosfatáz sú interné aj externé toxíny, ako aj genetické mutácie. Ak takáto mutácia prebieha v DNA DNA mitochondrie, existujú negatívne účinky na oxidačnú fosforyláciu a teda syntézu ATP, čo je hlavná úloha týchto bunkových organel. Jedným z takýchto mitochondriálnych ochorení je LHON (Leberova dedičná optická neuropatia), pri ktorej dochádza k rýchlej strate zraku, niekedy v kombinácii s srdcové arytmie. Toto ochorenie sa dedí maternicky, tj. Výlučne po matke, pretože dieťaťu sa odovzdáva iba jej mitochondriálna DNA, zatiaľ čo otcovi nie.
