Vad är fosforylering?

Fosforylering är en kemisk process där en fosfatgrupp (PO ₄ ^3- ) tillsätts till en förening. Det gäller normalt organisk kemi och är avgörande för alla levande organismer. Processen är involverad i proteinsyntes och i produktionen av adenosintrifosfat (ATP) - en molekyl som lagrar och levererar energi. Det spelar också en avgörande roll i olika kemiska signalerings- och regleringsmekanismer i cellen genom att modifiera strukturen för olika proteiner och förändra deras aktiviteter.

Normalt krävs energi för de biokemiska reaktionerna som involverar tillsatsen av en fosfatgrupp till en molekyl. Ofta kommer denna energi från ATP-molekyler. ATP innehåller tre fosfatgrupper, varav en lätt avlägsnas. Avlägsnandet av denna grupp frigör betydande energi, som kan användas för att möjliggöra en fosforyleringsreaktion där fosfatgruppen sätts till en annan molekyl - till exempel glukos. Fosfatgrupper kan således enkelt överföras från ATP till andra molekyler.

Dessa reaktioner kräver emellertid att ATP och receptormolekylen föras samman så att överföringen kan ske. Detta uppnås med enzymer kända som kinaser. Dessa är stora, komplexa proteiner, som kan innehålla flera hundra aminosyror. Formen på enzymet är avgörande: strukturen för ett kinasenzym är sådan att både ATP och receptormolekylen kan rymmas i närheten för att reaktionen ska kunna fortsätta. Ett exempel är glycerolkinas, vilket underlättar överföringen av en fosfatgrupp från ATP till glycerol; detta är en del av processen som producerar fosfolipider, som används i cellmembran.

ATP produceras själv genom en välkänd fosforyleringsprocess som kallas oxidativ fosforylering, i vilken en fosfatgrupp sätts till adenosindifosfat (ADP) för att producera ATP. Energin för denna process kommer slutligen från maten vi äter, men närmare bestämt oxidation av glukos. Det är en mycket komplex process med många steg, men enkelt uttryckt används energin från glukos för att bilda två föreningar, kända som NADH och FADH2, som ger energin för resten av reaktionen. Föreningarna reducerar medel som lätt delas med elektroner, så att de kan oxideras. Fosfatgrupper sätts till ATP-molekyler med användning av energin frigiven genom oxidation av NADH och FADH2; denna reaktion underlättas av enzymet ATP-syntetas.

Många olika kinaser finns i både växter och djur. På grund av deras betydelse i så många cellulära processer har en fosforyleringsanalys blivit ett vanligt laboratorieförfarande. Detta innebär att testa prover av cellmaterial för att kontrollera om proteinfosforylering har ägt rum och i vissa fall mäta dess omfattning. Det finns ett antal olika metoder som används för att kontrollera fosforylering, inklusive märkning av fosfatgrupper med radioisotoper, användning av antikroppar specifika för det fosforylerade proteinet och masspektrometri.

Från 2011 är extra signalreglerade kinaser (ERK) - enzymer som är involverade i signalaktiviteter i cellen - ett område av särskilt intresse. ERK-fosforylering spelar en roll för att reglera olika cellfunktioner, inklusive mitos och andra processer relaterade till celldelning. Denna process är relevant för vissa områden inom cancerforskning eftersom den kan aktiveras av cancerframkallande ämnen och av virusinfektioner, vilket leder till okontrollerad celldelning och andra cancerrelaterade effekter. Forskning om möjliga cancerbehandlingar som involverar hämning av denna process pågår. En fosforyleringsanalys kan användas för att testa olika ämnen för deras effektivitet i denna roll.