foszforiláció

A foszforiláció egy alapvető biokémiai folyamat, amely nemcsak az emberi szervezetben, hanem minden élőlényben zajlik egy sejtmaggal és baktériumokkal. Ez elengedhetetlen része az intracelluláris jelátvitelnek, és fontos módja a sejtek viselkedésének szabályozására. Legtöbbször a fehérjék komponensei foszforilálódnak, de más molekulák, például cukor is szolgálhatnak szubsztrátként. Kémiai szempontból a fehérjék foszforilezése foszforsav-észter kötést hoz létre.

Mi a foszforiláció?

A foszforiláció kifejezés a foszfátcsoportoknak a szerves molekulákba történő átvitelét írja le - ezek általában az aminosavmaradékok, amelyek fehérjéket alkotnak. A foszfátoknak egy tetraéderes szerkezete van, amely egy központi foszfor atomból és négy környező, kovalensen kötött oxigénatomból áll.

A foszfátcsoportok kettős negatív töltéssel rendelkeznek. Specifikus enzimek, úgynevezett kinázok vezetik őket egy szerves molekulaba. Az energiafogyasztással ezek általában a foszfátmaradékot egy fehérje hidroxilcsoportjához kötik, így foszforsav-észter képződik. Ez a folyamat azonban megfordítható, azaz bizonyos enzimekkel is megfordítható. Azokat az enzimeket, amelyek elválasztják a foszfátcsoportokat, általában foszfatázoknak nevezik.

Mind a kinázok, mind a foszfatázok képviselik saját enzimosztályukat, amelyeket további kritériumok, például szubsztrát típusa vagy az aktiváció mechanizmusa alapján további alosztályokra lehet felosztani.

Funkció és feladat

A foszfátok, különösen a polifoszfátok meghatározó szerepe a szervezetben az energiaellátás. A legszembetűnőbb példa erre az ATP (adenozin-trifoszfát), amely a test fő energiahordozója. Az emberi szervezetben az energiatárolás tehát általában az ATP szintézisét jelenti.

Ehhez egy foszfátmaradékot át kell vinni egy ADP (adenozin-difoszfát) molekulába úgy, hogy meghosszabbítsa a foszfátcsoportok láncát, amely foszfor-anhidrid kötések révén kapcsolódik egymáshoz. A kapott molekulát ATP-nek (adenozin-trifoszfát) nevezzük. Az így tárolt energiát a kötés megújult hasításából nyerik, miközben az ADP marad. További foszfát is elválasztható, aminek eredményeként AMP (adenozin-monofoszfát) képződik. Minden alkalommal, amikor a foszfátot elválasztják, a sejt több mint 30 kJ / mol rendelkezésre áll.

A cukor energetikai okokból az emberi szénhidrát-anyagcsere során is foszforilálódik. Az egyik a glikolízis „gyűjtési fázisáról” és „visszanyerési fázisáról” is beszél, mivel a foszfátcsoportok formájában előállított energiát először a kiindulási anyagokba kell fektetni, hogy később ATP-t kapjanak. Ezenkívül a glükóz, például glükóz-6-foszfátként, már nem akadálymentesen diffundálhat a sejtmembránon keresztül, ezért rögzül a sejt belsejében, ahol más fontos anyagcsere-lépésekhez szükséges.

Ezenkívül a foszforiláció és annak fordított reakciói, valamint az alloszterikus és kompetitív gátlás a döntő mechanizmusok a sejtaktivitás szabályozásában. A fehérjékben található szerin, treonin és tirozin aminosavakat a leggyakrabban módosítják, a szerin részt vesz a foszforilációk túlnyomó részében. Enzimaktivitású fehérjék esetén mindkét folyamat aktiválást és inaktiválást eredményezhet, a molekula szerkezetétől függően.

Alternatív megoldásként a (de) foszforiláció egy kettős negatív töltés átvitelével vagy eltávolításával ahhoz vezethet, hogy a fehérje konformációja oly módon változik, hogy bizonyos más molekulák kötődhetnek az érintett fehérje doménekhez, vagy már nem képesek. Erre a mechanizmusra példa a G-proteinhez kapcsolt receptorok osztálya.

Mindkét mechanizmus kiemelkedő szerepet játszik a jelek sejten belüli továbbításában és a sejt anyagcseréjének szabályozásában. Befolyásolhatják a sejt viselkedését akár közvetlenül az enzimaktivitáson keresztül, akár közvetett módon a DNS megváltozott transzkripcióján és transzlációján keresztül.

Betegségek és betegségek

Ugyanolyan univerzális és alapvető fontosságú, mint a foszforiláció funkciói, ennek a reakciómechanizmusnak a megzavarása ugyanolyan változatos. A foszforiláció károsodása vagy gátlása, amelyet általában protein-kinázok hiánya vagy azok hiánya vált ki, anyagcsere-betegségekhez, idegrendszeri és izombetegségekhez vagy az egyes szervek károsodásához vezethet. Az ideg- és izomsejteket gyakran érinti elsősorban az idegrendszeri tünetek és az izomgyengeség.

Kismértékben a kinázok vagy a foszfatázok bizonyos rendellenességeit a test kompenzálhatja, mivel a jel továbbításának többféle módja van, és így a jelláncban a "hibás pont" megkerülhető. Ezután például egy másik fehérje helyettesíti a hibás proteint. Az enzimek csökkent hatékonysága viszont kompenzálható egyszerűen a termelés növelésével.

A belső és külső toxinok, valamint a genetikai mutációk a kinázok és foszfatázok hiányának vagy hibás működésének lehetséges okai.

Ha egy ilyen mutáció történik a mitokondriumok DNS-ben, akkor negatív hatások vannak az oxidatív foszforilációra és ezáltal az ATP szintézisre, amely ezen sejtek organelláinak fő feladata. Ilyen mitokondriális betegség például a LHON (Leber örökletes optikai neuropathia), amelyben gyors látásvesztés tapasztalható, néha szívritmuszavarokkal kombinálva. Ez a betegség anyailag öröklődik, azaz kizárólag az anyától, mivel csak a mitokondriális DNS-ét adják át a gyermeknek, az apanak nem.