Fosforilēšana ir fundamentāls bioķīmijas process, kas notiek ne tikai cilvēka organismā, bet arī visos dzīvajos organismos ar kodolu un baktērijas. Tas ir neaizstājams intracelulārā signāla transdukcijas komponents un svarīgs veids, kā kontrolēt šūnu uzvedību. Galvenokārt proteīni ir fosforilēti, bet citi molekulas piemēram, cukuri var kalpot arī kā substrāti. Novērošanas ķīmiskajā līmenī fosforilēšana proteīni rezultāts ir a fosforskābe esteris obligāciju.
Kas ir fosforilēšana?
Fosforilēšana ir fundamentāls bioķīmijas process, kas notiek cilvēka organismā. Fosforilēšana nodrošina enerģiju šūnai. Termins fosforilēšana attiecas uz fosfāts grupas uz organisko molekulas - parasti aminoskābju atlikumi, kas veido proteīni. Fosfātiem ir tetraedriska struktūra, kas sastāv no centrālā atoma fosfors un četras apkārtējās kovalenti saistītas skābeklis atomi. fosfāts grupām ir divkāršs negatīvs lādiņš. To pārnešana uz organisko molekulu notiek caur specifiskām fermenti, tā sauktās kināzes. Patērē enerģiju, tie parasti saista fosfāts atlikumu līdz olbaltumvielu hidroksigrupai, veidojot a fosforskābe esteris. Tomēr šis process ir atgriezenisks, ti, to var mainīt, atkal droši fermenti. Tādas fermenti, kas atdala fosfāta ģeopēnu, parasti sauc par fosfatāzēm. Gan kināzes, gan fosfatāzes katra pārstāv atšķirīgu enzīmu klasi, kuras var tālāk sadalīt apakšklasēs pēc dažādiem kritērijiem, piemēram, substrāta rakstura vai aktivācijas mehānisma.
Funkcija un uzdevums
Fosfātu, īpaši polifosfātu, izšķiroša nozīme organismā ir enerģijas nodrošināšana. Spilgtākais piemērs ir ATP (adenozīns trifosfāts), kas tiek uzskatīts par galveno enerģijas raidītāju organismā. Tāpēc enerģijas uzkrāšanās cilvēka organismā parasti nozīmē ATP sintēzi. Lai to izdarītu, fosfāta atlikumi jāpārnes uz ADP molekulu (adenozīns difosfāts) tā, lai tā fosfāta grupu ķēde, kas savienota ar fosfora anhidrīda saitēm, būtu pagarināta. Iegūto molekulu sauc par ATP (adenozīns trifosfāts). Šādā veidā uzkrāto enerģiju iegūst, atjaunojot saiti, atstājot ADP. Iespējama arī cita fosfāta šķelšanās, veidojot AMP (adenozīna monofosfātu). Katrs fosfāta šķelšana padara šūnu pieejamāku par 30 kJ uz vienu molu. Cukuri enerģijas dēļ tiek fosforilēti arī cilvēka ogļhidrātu metabolismā. Glikolīzi sauc arī par “savākšanas fāzi” un “ieguvuma fāzi”, jo enerģija fosfātu grupu veidā vispirms jāiegulda izejmateriālos, lai pēc tam iegūtu ATP. Papildus, glikozepiemēram, kā glikozes-6-fosfāts, vairs nevar netraucēti izkliedēties caur šūnu membrānu un tādējādi tiek fiksēts šūnas iekšienē, kur tas ir vajadzīgs turpmākajiem svarīgiem vielmaiņas posmiem. Turklāt fosforilēšanas un to maiņas reakcijas kopā ar alosterisko un konkurējošo inhibīciju ir izšķirošie mehānismi šūnu aktivitātes regulēšanai. Šajā procesā olbaltumvielas galvenokārt fosforilē vai defosforilē. The aminoskābes visbiežāk modificētie ir serīns, treonīns un tirozīns, kas atrodas olbaltumvielās, un serīns ir iesaistīts lielākajā daļā fosforilāciju. Olbaltumvielām ar fermentu aktivitāti abi procesi var vadīt aktivācijai vai inaktivācijai atkarībā no molekulas struktūras. Alternatīvi var arī (de) fosforilēt, pārnesot vai noņemot dubultu negatīvu lādiņu vadīt uz olbaltumvielu konformācijas izmaiņām tā, ka dažas citas molekulas var saistīties ar ietekmētajiem olbaltumvielu domēniem vai vienkārši nē. Šī mehānisma piemērs ir ar G olbaltumvielām saistīto receptoru klase. Abiem mehānismiem ir nozīmīga loma signāla transdukcijā šūnā un šūnu vielmaiņas regulēšanā. Tie var ietekmēt šūnas uzvedību vai nu tieši, izmantojot enzīmu aktivitāti, vai netieši, izmantojot mainītu DNS transkripciju un translāciju.
Slimības un kaites
Tikpat universālas un fundamentālas kā fosforilēšanas funkcijas, sekas, kad tiek traucēts šis reakcijas mehānisms, ir daudzveidīgas. Fosforilēšanas defekts vai inhibīcija, ko parasti izraisa olbaltumvielu kināžu deficīts vai to defektivitāte, var vadīt vielmaiņas slimībām, nervu sistēmas un muskuļi, vai atsevišķi orgānu bojājumi. Pirmkārt, bieži tiek ietekmētas nervu un muskuļu šūnas, kas izpaužas kā neiroloģiski simptomi un muskuļu vājums. Nelielā mērogā ķermenis var kompensēt dažus kināžu vai fosfatāžu traucējumus, jo dažos gadījumos signāla pārraidei ir pieejami vairāki ceļi, un tādējādi signāla ķēdē ir iespējams apiet “bojāto vietu”. Tad, piemēram, citu olbaltumvielu aizstāj bojāto. Savukārt samazinātu fermentu efektivitāti var kompensēt, vienkārši saražojot vairāk. Gan iekšējie, gan ārējie toksīni, kā arī ģenētiskās mutācijas ir iespējami kināžu un fosfatāžu deficīta vai darbības traucējumu cēloņi. Ja šāda mutācija notiek DNS mitohondriji, ir negatīva ietekme uz oksidatīvo fosforilēšanu un līdz ar to ATP sintēzi, kas ir šo šūnu organellu galvenais uzdevums. Viena no šādām mitohondriju slimībām ir LHON (Lebera iedzimta optiskā neiropātija), kurā notiek strauja redzes zudums, dažreiz kombinācijā ar sirds aritmijas. Šī slimība tiek mantota maternāli, ti, tikai no mātes, jo bērnam tiek nodota tikai viņas mitohondriju DNS, bet tēvam nav.
