Che cos'è la fosforilazione e come funziona?

Fosforilazione ossidativa, del glucosio e delle proteine

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La fosforilazione è l'aggiunta chimica di un gruppo fosforile (PO₃^-) ad un biologico molecola . La rimozione di un gruppo fosforile è chiamata defosforilazione. Vengono eseguite sia la fosforilazione che la defosforilazione da enzimi (es. chinasi, fosfotransferasi). La fosforilazione è importante nei campi della biochimica e della biologia molecolare perché è una reazione chiave nella funzione di proteine ​​ed enzimi, nel metabolismo degli zuccheri e nell'immagazzinamento e rilascio di energia.

Scopi della fosforilazione

La fosforilazione svolge un ruolo fondamentale nella regolazione cellule . Le sue funzioni includono:

• Importante per la glicolisi
• Usato per l'interazione proteina-proteina
• Utilizzato nella degradazione delle proteine
• Regola l'inibizione enzimatica
• Mantiene l'omeostasi regolando le reazioni chimiche che richiedono energia

Tipi di fosforilazione

Molti tipi di molecole possono subire fosforilazione e defosforilazione. Tre dei tipi più importanti di fosforilazione sono la fosforilazione del glucosio, la fosforilazione delle proteine ​​e la fosforilazione ossidativa.

Fosforilazione del glucosio

Glucosio e altri zuccheri sono spesso fosforilati come primo passo della loro catabolismo . Ad esempio, il primo passaggio della glicolisi del D-glucosio è la sua conversione in D-glucosio-6-fosfato. Il glucosio è una piccola molecola che permea facilmente le cellule. La fosforilazione forma una molecola più grande che non può entrare facilmente nei tessuti. Quindi, la fosforilazione è fondamentale per regolare la concentrazione di glucosio nel sangue. La concentrazione di glucosio, a sua volta, è direttamente correlata alla formazione di glicogeno. La fosforilazione del glucosio è anche legata alla crescita cardiaca.

Fosforilazione proteica

Phoebus Levene del Rockefeller Institute for Medical Research è stato il primo a identificare una proteina fosforilata (fosvitina) nel 1906, ma la fosforilazione enzimatica delle proteine ​​non è stata descritta fino agli anni '30.

La fosforilazione proteica si verifica quando viene aggiunto il gruppo fosforile un amminoacido . Di solito, l'amminoacido è la serina, sebbene la fosforilazione si verifichi anche sulla treonina e sulla tirosina negli eucarioti e sull'istidina nei procarioti. Questa è una reazione di esterificazione in cui un gruppo fosfato reagisce con il gruppo idrossile (-OH) di una catena laterale serina, treonina o tirosina. L'enzima protein chinasi lega covalentemente un gruppo fosfato all'amminoacido. Il meccanismo preciso differisce leggermente tra procarioti ed eucarioti . Le forme di fosforilazione più studiate sono le modifiche post-traduzionali (PTM), il che significa che le proteine ​​​​vengono fosforilate dopo la traduzione da un modello di RNA. La reazione inversa, la defosforilazione, è catalizzata dalle fosfatasi proteiche.

Un importante esempio di fosforilazione proteica è la fosforilazione degli istoni. Negli eucarioti, il DNA è associato alla formazione di proteine ​​​​istoniche cromatina . La fosforilazione dell'istone modifica la struttura della cromatina e altera le sue interazioni proteina-proteina e DNA-proteina. Di solito, la fosforilazione si verifica quando il DNA è danneggiato, aprendo spazio attorno al DNA rotto in modo che i meccanismi di riparazione possano fare il loro lavoro.

Oltre alla sua importanza in Riparazione del DNA , la fosforilazione proteica svolge un ruolo chiave nel metabolismo e nelle vie di segnalazione.

Fosforilazione ossidativa

La fosforilazione ossidativa è il modo in cui una cellula immagazzina e rilascia energia chimica. In una cellula eucariotica, le reazioni si verificano all'interno dei mitocondri. La fosforilazione ossidativa consiste nelle reazioni di la catena di trasporto degli elettroni e quelli della chemiosmosi. In sintesi, la reazione redox fa passare gli elettroni dalle proteine ​​e da altre molecole lungo la catena di trasporto degli elettroni nella membrana interna dei mitocondri, rilasciando energia che viene utilizzata per produrre adenosina trifosfato (ATP) nella chemiosmosi.

In questo processo, NADH e FADH_Dueconsegnare elettroni alla catena di trasporto degli elettroni. Gli elettroni si spostano da un'energia superiore a un'energia inferiore mentre avanzano lungo la catena, rilasciando energia lungo il percorso. Parte di questa energia va al pompaggio di ioni idrogeno (H⁺) per formare un gradiente elettrochimico. Alla fine della catena, gli elettroni vengono trasferiti all'ossigeno, che si lega con H⁺per formare acqua. H⁺gli ioni forniscono l'energia per l'ATP sintasi sintetizzare ATP . Quando l'ATP viene defosforilato, la scissione del gruppo fosfato rilascia energia in una forma che la cellula può utilizzare.

L'adenosina non è l'unica base che subisce la fosforilazione per formare AMP, ADP e ATP. Ad esempio, la guanosina può anche formare GMP, GDP e GTP.

Rilevamento della fosforilazione

Se una molecola è stata fosforilata o meno può essere rilevata utilizzando anticorpi, elettroforesi , o spettrometria di massa . Tuttavia, identificare e caratterizzare i siti di fosforilazione è difficile. L'etichettatura degli isotopi viene spesso utilizzata, insieme a fluorescenza , elettroforesi e test immunologici.

Fonti

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (21/01/2011). 'Il processo di fosforilazione reversibile: il lavoro di Edmond H. Fischer'. Giornale di chimica biologica . 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (01/10/2007). 'La fosforilazione del glucosio è necessaria per la segnalazione mTOR insulino-dipendente nel cuore'. Ricerca cardiovascolare . 76(1):71–80.