Co to jest fosforylacja?

Fosforylacja jest procesem chemicznym, w którym do związku dodaje się grupę fosforanową (PO ₄ ^3- ). Zwykle dotyczy chemii organicznej i ma kluczowe znaczenie dla wszystkich żywych organizmów. Proces bierze udział w syntezie białek i produkcji adenozynotrifosforanu (ATP) - cząsteczki, która magazynuje i dostarcza energię. Odgrywa także kluczową rolę w różnych chemicznych mechanizmach sygnalizacyjnych i regulatorowych w komórce, modyfikując strukturę różnych białek i zmieniając ich aktywność.

Zwykle energia jest wymagana do reakcji biochemicznych, które wymagają dodania grupy fosforanowej do cząsteczki. Często energia ta pochodzi z cząsteczek ATP. ATP zawiera trzy grupy fosforanowe, z których jedną można łatwo usunąć. Usunięcie tej grupy uwalnia znaczną energię, którą można wykorzystać do umożliwienia reakcji fosforylacji, w której grupa fosforanowa jest dodawana do innej cząsteczki - na przykład glukozy. Tak więc grupy fosforanowe można łatwo przenosić z ATP do innych cząsteczek.

Reakcje te wymagają jednak, aby ATP i cząsteczka receptora zostały zebrane, aby można było przeprowadzić transfer. Osiągają to enzymy zwane kinazami. Są to duże, złożone białka, które mogą zawierać kilkaset aminokwasów. Kształt enzymu jest kluczowy: struktura enzymu kinazy jest taka, że ​​zarówno ATP, jak i cząsteczka receptora mogą być umieszczone w pobliżu, aby umożliwić przebieg reakcji. Przykładem jest kinaza glicerolowa, która ułatwia przeniesienie grupy fosforanowej z ATP do glicerolu; jest to część procesu, który wytwarza fosfolipidy, które są wykorzystywane w błonach komórkowych.

Sam ATP jest wytwarzany w dobrze znanym procesie fosforylacji zwanym fosforylacją oksydacyjną, w którym grupa fosforanowa jest dodawana do difosforanu adenozyny (ADP) w celu wytworzenia ATP. Energia tego procesu ostatecznie pochodzi z pożywienia, które jemy, a dokładniej z utleniania glukozy. Jest to bardzo złożony proces składający się z wielu etapów, ale w prostych słowach energia z glukozy jest wykorzystywana do utworzenia dwóch związków, znanych jako NADH i FADH2, które zapewniają energię do pozostałej części reakcji. Związki są środkami redukującymi, które łatwo rozdzielają się elektronami, dzięki czemu można je utleniać. Grupy fosforanowe dodaje się do cząsteczek ATP z wykorzystaniem energii uwalnianej przez utlenianie NADH i FADH2; tę reakcję ułatwia enzym syntetaza ATP.

Wiele różnych kinaz znajduje się zarówno u roślin, jak i zwierząt. Ze względu na ich znaczenie w tak wielu procesach komórkowych, test fosforylacji stał się powszechną procedurą laboratoryjną. Obejmuje to badanie próbek materiału komórkowego w celu sprawdzenia, czy nastąpiła fosforylacja białka, a w niektórych przypadkach pomiar jego zasięgu. Istnieje wiele różnych metod stosowanych do sprawdzania fosforylacji, w tym znakowanie grup fosforanowych radioizotopami, stosowanie przeciwciał specyficznych dla fosforylowanego białka i spektrometria masowa.

Począwszy od 2011 roku, kinazy o dodatkowej regulacji sygnału (ERK) - enzymy zaangażowane w działania sygnalizacyjne w komórce - są przedmiotem szczególnego zainteresowania. Fosforylacja ERK odgrywa rolę w regulacji różnych funkcji komórek, w tym mitozy i innych procesów związanych z podziałem komórek. Proces ten jest istotny w niektórych obszarach badań nad rakiem, ponieważ może być aktywowany przez substancje rakotwórcze i infekcje wirusowe, prowadząc do niekontrolowanego podziału komórek i innych efektów związanych z rakiem. Trwają badania nad możliwymi metodami leczenia raka, które wiążą się z hamowaniem tego procesu. Test fosforylacji można zastosować do przetestowania różnych substancji pod kątem ich skuteczności w tej roli.