A foszforiláció a biokémia alapvető folyamata, amely nemcsak az emberi szervezetben, hanem minden olyan élő szervezetben is előfordul, amelynek magja és baktériumok. Az intracelluláris szignáltranszdukció elengedhetetlen alkotóeleme és a sejtek viselkedésének szabályozásának fontos módja. Leginkább a fehérjék foszforilezettek, de egyéb molekulák mint például a cukrok is szolgálhatnak szubsztrátként. A megfigyelés kémiai szintjén a fehérjék eredményeként a foszforsav észter kötvény.
Mi a foszforiláció?
A foszforilezés a biokémia alapvető folyamata, amely az emberi szervezetben fordul elő. A foszforilezés energiát szolgáltat a sejt számára. A foszforilezés kifejezés a foszfát csoportok szervesre molekulák - általában azok az aminosavmaradékok teszik ki fehérjék. A foszfátok tetraéderes szerkezetűek foszfor és négy környező kovalensen kötött oxigén atomok. foszfát a csoportoknak kettős negatív töltésük van. Szerves molekulába történő átvitelük specifikus úton történik enzimek, úgynevezett kinázok. Energiát fogyasztva ezek általában megkötik a foszfát a maradékot egy fehérje hidroxilcsoportjává alakítva a foszforsav észter. Ez a folyamat azonban visszafordítható, azaz megfordítható, ismét bizonyos enzimek. Ilyen enzimekamelyek foszfát geuppenjét leválasztják, általában foszfatázoknak nevezik. Mind a kinázok, mind a foszfatázok mindegyike külön enzimcsoportot képvisel, amelyeket további kritériumok, például a szubsztrát jellege vagy az aktiválási mechanizmus szerint, alosztályokra bonthatunk.
Funkció és feladat
A foszfátok, különösen a polifoszfátok alapvető jelentősége a szervezetben az energiaellátás. A legkiemelkedőbb példa az ATP (adenozin trifoszfát), amelyet a test fő energiaátadójának tekintenek. Ezért az emberi szervezetben az energiatárolás általában az ATP szintézisét jelenti. Ehhez egy foszfátmaradékot át kell vinni az ADP molekulájába (adenozin difoszfát) úgy, hogy a foszforsavanhidrid kötésekkel összekapcsolt foszfátcsoportok láncolata meghosszabbodik. A kapott molekulát ATP-nek (adenozin trifoszfát). Az így tárolt energiát a kötés megújult hasításával nyerik, az ADP-t hátrahagyva. Egy másik foszfát hasítása is lehetséges, AMP (adenozin-monofoszfát) képződése. A foszfát minden hasítása több mint 30 kJ / mol mennyiséget tesz elérhetővé a sejt számára. Az emberi szénhidrát-anyagcsere során energetikai okokból a cukrok is foszforilálódnak. A glikolízist „gyűjtési fázisnak” és „nyereségi fázisnak” is nevezik, mivel a foszfátcsoportok formájában lévő energiát először ki kell fektetni a kiindulási anyagokba az ATP későbbi nyeresége érdekében. Továbbá, szőlőcukorpéldául glükóz-6-foszfátként már nem diffundálhat akadálytalanul a sejt membrán és így a sejt belsejében rögzül, ahol további fontos anyagcsere-lépésekhez szükséges. Ezenkívül a foszforilezések és azok megfordítási reakciói, valamint az alloszterikus és kompetitív gátlás jelentik a sejtaktivitás szabályozásának döntő mechanizmusait. Ebben a folyamatban a fehérjék többnyire foszforilezettek vagy defoszforilezettek. A aminosavak leggyakrabban a fehérjékben jelen lévő szerin, treonin és tirozin módosul, a foszforilációk túlnyomó többségében a szerin vesz részt. Az enzimaktivitású fehérjék esetében mindkét folyamat képes vezet aktivációig vagy inaktiválásig, a molekula szerkezetétől függően. Alternatív megoldásként a (de) foszforilezés kettős negatív töltés átvitelével vagy visszahúzásával is megvalósítható vezet a fehérje konformációjának olyan változásához, amely bizonyos más molekulák kötődhet az érintett fehérjetartományokhoz, vagy csak nem. Erre a mechanizmusra példa a G fehérjéhez kapcsolt receptorok osztálya. Mindkét mechanizmus kiemelkedő szerepet játszik a sejten belüli jelátvitelben és a sejtanyagcsere szabályozásában. Közvetlenül enzimaktivitással vagy közvetve, megváltozott transzkripcióval és a DNS transzlációjával befolyásolhatják a sejt viselkedését.
Betegségek és betegségek
Bármennyire univerzálisak és alapvetőek a foszforilezések funkciói, ennek a reakciómechanizmusnak a károsodása következményei sokrétűek. A foszforiláció hibája vagy gátlása, amelyet általában a protein-kinázok hiánya vagy defektivitása vált ki, vezet anyagcsere-betegségek, a idegrendszer többek között az izmok vagy az egyéni szervkárosodások. Először is, az ideg- és izomsejtek gyakran érintettek, ami neurológiai tünetekben és izomgyengeségben nyilvánul meg. Kis mértékben a kinázok vagy a foszfatázok bizonyos rendellenességeit a szervezet kompenzálhatja, mivel egyes esetekben több út is rendelkezésre áll a jel továbbítására, és így a jellánc „hibás helye” megkerülhető. Ezután például egy másik fehérje helyettesíti a hibásat. A csökkent enzimhatékonyság viszont kompenzálható azzal, hogy egyszerűen többet termel. A belső és külső toxinok, valamint a genetikai mutációk a kinázok és foszfatázok hiányának vagy hibás működésének lehetséges okai. Ha ilyen mutáció megy végbe a mitokondrium, negatív hatással vannak az oxidatív foszforilációra és így az ATP-szintézisre, amely e sejtorganellák fő feladata. Az egyik ilyen mitokondriális betegség az LHON (Leber-féle örökletes optikai neuropathia), amelynek során gyors a látásvesztés, néha szívritmuszavarok. Ez a betegség anyai úton, tehát kizárólag az anyától öröklődik, mivel csak a mitokondriális DNS-t adják át a gyermeknek, míg az apáét nem.
