Wat is fosforylering?
Fosforylering is een chemisch proces waarbij een fosfaatgroep (PO 4 3- ) aan een verbinding wordt toegevoegd. Het is normaal van toepassing op organische chemie en is cruciaal voor alle levende organismen. Het proces is betrokken bij de eiwitsynthese en bij de productie van adenosinetrifosfaat
Normaal gesproken is energie vereist voor de biochemische reacties waarbij een fosfaatgroep aan een molecuul wordt toegevoegd. Vaak komt deze energie van ATP-moleculen. ATP bevat drie fosfaatgroepen, waarvan er één gemakkelijk kan worden verwijderd. De verwijdering van deze groep geeft veel energie vrij, die kan worden gebruikt om een fosforyleringsreactie mogelijk te maken waarbij de fosfaatgroep wordt toegevoegd aan een ander molecuul - bijvoorbeeld glucose. Aldus kunnen fosfaatgroepen gemakkelijk worden overgedragen van ATP naar andere moleculen.
Deze reacties vereisen echter dat ATP en het receptormolecuul bij elkaar worden gebracht zodat de overdracht kan plaatsvinden. Dit wordt bereikt door enzymen die bekend staan als kinasen. Dit zijn grote, complexe eiwitten, die enkele honderden aminozuren kunnen bevatten. De vorm van het enzym is cruciaal: de structuur van een kinase-enzym is zodanig dat zowel het ATP als het receptormolecuul in dichte nabijheid kunnen worden ondergebracht om de reactie mogelijk te maken. Een voorbeeld is glycerolkinase, dat de overdracht van een fosfaatgroep van ATP naar glycerol vergemakkelijkt; dit maakt deel uit van het proces dat fosfolipiden produceert, die worden gebruikt in celmembranen.
ATP wordt zelf geproduceerd door een bekend fosforylatieproces genaamd oxidatieve fosforylering, waarbij een fosfaatgroep wordt toegevoegd aan adenosinedifosfaat (ADP) om ATP te produceren. De energie voor dit proces komt uiteindelijk van het voedsel dat we eten, maar meer specifiek de oxidatie van glucose. Het is een zeer complex proces met veel stappen, maar in eenvoudige bewoordingen wordt de energie uit glucose gebruikt om twee verbindingen te vormen, bekend als NADH en FADH2, die de energie leveren voor de rest van de reactie. De verbindingen zijn reductiemiddelen die gemakkelijk scheiden van elektronen, zodat ze kunnen worden geoxideerd. Fosfaatgroepen worden toegevoegd aan ATP-moleculen met behulp van de energie die vrijkomt door de oxidatie van NADH en FADH2; deze reactie wordt vergemakkelijkt door het enzym ATP-synthetase.
Veel verschillende kinasen zijn te vinden in zowel planten als dieren. Vanwege hun belang in zoveel cellulaire processen is een fosforyleringsbepaling een gebruikelijke laboratoriumprocedure geworden. Dit omvat het testen van monsters van celmateriaal om te controleren of eiwitfosforylering heeft plaatsgevonden en, in sommige gevallen, de mate ervan meten. Er zijn een aantal verschillende methoden die worden gebruikt om te controleren op fosforylering, waaronder het labelen van fosfaatgroepen met radio-isotopen, het gebruik van antilichamen die specifiek zijn voor het gefosforyleerde eiwit en massaspectrometrie.
Vanaf 2011 zijn extra signaalgereguleerde kinasen (ERK's) - enzymen die betrokken zijn bij signaleringsactiviteiten in de cel - een gebied van bijzonder belang. ERK-fosforylering speelt een rol bij het reguleren van verschillende celfuncties, waaronder mitose en andere processen die verband houden met celdeling. Dit proces is relevant voor sommige gebieden van kankeronderzoek omdat het kan worden geactiveerd door kankerverwekkende stoffen en virusinfecties, wat leidt tot ongecontroleerde celdeling en andere aan kanker gerelateerde effecten. Onderzoek naar mogelijke kankerbehandelingen waarbij dit proces wordt geremd, is aan de gang. Een fosforyleringstest kan worden gebruikt om verschillende stoffen te testen op hun effectiviteit in deze rol.