фосфорилиращ

Най- фосфорилиращ е основен процес на биохимия, протичащ не само в човешкия организъм, но и във всички живи същества с клетъчно ядро ​​и бактерии. Той е незаменима част от вътреклетъчната трансдукция на сигнал и важен начин за контрол на поведението на клетките. През повечето време компонентите на протеините са фосфорилирани, но други молекули като захар също могат да служат като субстрати. От химическа гледна точка фосфорилирането на протеини създава естерична връзка на фосфорна киселина.

Какво е фосфорилиране?

Терминът фосфорилиране описва прехвърлянето на фосфатни групи към органични молекули - най-вече това са аминокиселинните остатъци, които съставляват протеини. Фосфатите имат тетраедрична структура, изградена от централен атом на фосфор и четири околни, ковалентно свързани кислородни атоми.

Фосфатните групи имат двоен отрицателен заряд. Те се прехвърлят в органична молекула чрез специфични ензими, така наречените кинази. С консумацията на енергия те обикновено свързват фосфатния остатък с хидроксилна група на протеин, така че да се образува естер на фосфорна киселина. Този процес обаче е обратим, т.е. може да се обърне, отново чрез определени ензими. Такива ензими, които разделят фосфатните групи, обикновено се наричат ​​фосфатази.

Както киназите, така и фосфатазите представляват свой собствен ензимен клас, който може да бъде разделен на други подкласове според различни критерии като вида на субстрата или механизма на активиране.

Функция и задача

Решаваща роля на фосфатите, особено на полифосфатите, в организма е доставката на енергия. Най-известният пример за това е АТФ (аденозин трифосфат), който е основният носител на енергия в организма. Следователно запазването на енергия в човешкия организъм обикновено означава синтез на АТФ.

За да направите това, фосфатният остатък трябва да бъде прехвърлен в молекула ADP (аденозин дифосфат), така че веригата му от фосфатни групи, които са свързани чрез фосфорни анхидридни връзки, да бъде разширена. Получената молекула се нарича ATP (аденозин трифосфат). Енергията, съхранявана по този начин, се получава от подновеното разцепване на връзката, оставяйки ADP след себе си. Друг фосфат също може да се отдели, при което се образува AMP (аденозин монофосфат). Всеки път, когато се отдели фосфат, клетката разполага с повече от 30 kJ на мол.

Захарта също се фосфорилира в хода на човешкия въглехидратен метаболизъм по енергийни причини. Човек също говори за "фаза на събиране" и "фаза на възстановяване" на гликолизата, тъй като енергията под формата на фосфатни групи трябва първо да бъде инвестирана в изходните материали, за да се получи АТФ по-късно. В допълнение, глюкозата, например като глюкозо-6-фосфат, вече не може да дифундира безпрепятствено през клетъчната мембрана и следователно се фиксира вътре в клетката, където е необходима за други важни метаболитни стъпки.

В допълнение, фосфорилирането и техните обратни реакции, в допълнение към алостеричното и конкурентно инхибиране, представляват решаващите механизми за регулиране на активността на клетките. В повечето случаи протеините се фосфорилират или дефосфорилират. Съдържащите се в протеините аминокиселини серин, треонин и тирозин се модифицират най-често, като серинът участва в по-голямата част от фосфорилациите. В случая на протеини с ензимна активност, и двата процеса могат да доведат до активиране, както и до инактивиране, в зависимост от структурата на молекулата.

Алтернативно, (де) фосфорилирането чрез прехвърляне или премахване на двоен отрицателен заряд може също да доведе до конформация на протеина, променящ се по такъв начин, че някои други молекули да могат да се свързват към засегнатите протеинови домейни или вече да не са. Пример за този механизъм е класът на рецептори, свързани с G-протеин.

И двата механизма играят изключителна роля в предаването на сигнали в клетката и в регулирането на клетъчния метаболизъм. Те могат да повлияят на поведението на клетката или директно чрез ензимната активност, или косвено чрез променена транскрипция и транслация на ДНК.

Болести и неразположения

Колкото и универсални и фундаментални да са функциите на фосфорилациите, последствията, ако този механизъм на реакция е нарушен, са също толкова разнообразни. Дефект или инхибиране на фосфорилиране, обикновено предизвикано от липса на протеинкинази или техния дефицит, може да доведе до метаболитни заболявания, заболявания на нервната система и мускулите или до увреждане на отделните органи. Често първо се засягат нервните и мускулните клетки, което се проявява в неврологични симптоми и мускулна слабост.

В малка степен някои нарушения на киназите или фосфатазите могат да бъдат компенсирани от тялото, тъй като понякога има няколко начина за предаване на сигнал и по този начин "дефектната точка" в сигналната верига може да бъде заобиколена. Тогава, например, друг протеин замества дефектния. Намалена ефективност на ензимите, от друга страна, може да бъде компенсирана чрез просто увеличаване на производството.

Вътрешните и външните токсини, както и генетичните мутации са възможни причини за дефицит или неизправност на кинази и фосфатази.

Ако такава мутация се случи в ДНК на митохондриите, има отрицателни ефекти върху окислителното фосфорилиране и по този начин синтеза на АТФ, основната задача на тези клетъчни органели. Такова митохондриално заболяване е например LHON (Leber наследствена оптична невропатия), при който има бърза загуба на зрението, понякога в комбинация със сърдечна аритмия. Това заболяване се наследява по майчина линия, т.е. изключително от майката, тъй като само нейната митохондриална ДНК се предава на детето, но не и тази на бащата.