Was ist Phosphorylierung?
Die Phosphorylierung ist ein chemischer Prozess, bei dem einer Verbindung eine Phosphatgruppe (PO 4 3- ) hinzugefügt wird. Es gilt normalerweise für die organische Chemie und ist für alle lebenden Organismen von entscheidender Bedeutung. Der Prozess ist an der Proteinsynthese und der Herstellung von Adenosintriphosphat
Normalerweise wird Energie für die biochemischen Reaktionen benötigt, bei denen einem Molekül eine Phosphatgruppe hinzugefügt wird. Oft kommt diese Energie von ATP-Molekülen. ATP enthält drei Phosphatgruppen, von denen eine leicht zu entfernen ist. Die Entfernung dieser Gruppe setzt beträchtliche Energie frei, die verwendet werden kann, um eine Phosphorylierungsreaktion zu ermöglichen, bei der die Phosphatgruppe an ein anderes Molekül - beispielsweise Glucose - angefügt wird. Somit können Phosphatgruppen leicht von ATP auf andere Moleküle übertragen werden.
Diese Reaktionen erfordern jedoch, dass ATP und das Rezeptormolekül zusammengebracht werden, damit der Transfer stattfinden kann. Dies wird durch Enzyme erreicht, die als Kinasen bekannt sind. Dies sind große, komplexe Proteine, die mehrere hundert Aminosäuren enthalten können. Die Form des Enzyms ist entscheidend: Die Struktur eines Kinaseenzyms ist so, dass sowohl das ATP als auch das Rezeptormolekül in unmittelbarer Nähe untergebracht werden können, damit die Reaktion ablaufen kann. Ein Beispiel ist Glycerinkinase, die den Transfer einer Phosphatgruppe von ATP auf Glycerin erleichtert; Dies ist Teil des Prozesses zur Herstellung von Phospholipiden, die in Zellmembranen verwendet werden.
ATP selbst wird durch ein bekanntes Phosphorylierungsverfahren namens oxidative Phosphorylierung hergestellt, bei dem eine Phosphatgruppe zu Adenosindiphosphat (ADP) hinzugefügt wird, um ATP herzustellen. Die Energie für diesen Prozess stammt letztendlich aus der Nahrung, die wir zu uns nehmen, genauer gesagt aus der Oxidation von Glukose. Es ist ein sehr komplexer Prozess mit vielen Schritten, aber in einfachen Worten wird die Energie aus Glukose verwendet, um zwei Verbindungen zu bilden, die als NADH und FADH2 bekannt sind und die Energie für den Rest der Reaktion liefern. Die Verbindungen sind Reduktionsmittel, die sich leicht mit Elektronen trennen, so dass sie oxidiert werden können. ATP-Molekülen werden Phosphatgruppen unter Verwendung der durch die Oxidation von NADH und FADH2 freigesetzten Energie hinzugefügt. Diese Reaktion wird durch das Enzym ATP-Synthetase erleichtert.
Viele verschiedene Kinasen kommen sowohl in Pflanzen als auch in Tieren vor. Aufgrund ihrer Bedeutung in so vielen zellulären Prozessen ist ein Phosphorylierungsassay zu einem gängigen Laborverfahren geworden. Dabei werden Proben von Zellmaterial getestet, um festzustellen, ob eine Proteinphosphorylierung stattgefunden hat, und in einigen Fällen wird deren Ausmaß gemessen. Es gibt eine Reihe verschiedener Methoden, um die Phosphorylierung zu überprüfen, einschließlich der Markierung von Phosphatgruppen mit Radioisotopen, der Verwendung von Antikörpern, die für das phosphorylierte Protein spezifisch sind, und der Massenspektrometrie.
Ab 2011 sind zusätzliche signalregulierte Kinasen (ERKs) - Enzyme, die an Signalaktivitäten innerhalb der Zelle beteiligt sind - ein Gebiet von besonderem Interesse. Die ERK-Phosphorylierung spielt eine Rolle bei der Regulierung verschiedener Zellfunktionen, einschließlich der Mitose und anderer Prozesse im Zusammenhang mit der Zellteilung. Dieser Prozess ist für einige Bereiche der Krebsforschung relevant, da er durch krebserzeugende Substanzen und Virusinfektionen ausgelöst werden kann und zu einer unkontrollierten Zellteilung und anderen krebsbedingten Auswirkungen führt. Die Erforschung möglicher Krebstherapien, die diesen Prozess hemmen, ist im Gange. Ein Phosphorylierungsassay kann verwendet werden, um verschiedene Substanzen auf ihre Wirksamkeit in dieser Rolle zu testen.