Fosforylering og hvordan det fungerer

Phosforylering er den kemiske tilsætning af en phosphorylgruppe (PO₃^-) til en organisk molekyle. Fjernelse af en phosphorylgruppe kaldes dephosphorylering. Både fosforylering og dephosforylering udføres af enzymer (fx kinaser, phosphotransferaser). Fosforylering er vigtig inden for biokemi og molekylærbiologi, fordi det er en nøglereaktion inden for protein- og enzymfunktion, sukkermetabolisme og energilagring og frigivelse.

Fosforylering spiller en kritisk lovgivningsmæssig rolle i celler. Dets funktioner inkluderer:

• Vigtigt for glykolyse
• Bruges til interaktion mellem protein og protein
• Bruges til nedbrydning af proteiner
• Regulerer enzyminhibering
• Opretholder homeostase ved at regulere energikravende kemiske reaktioner

Mange typer molekyler kan gennemgå phosphorylering og dephosphorylering. Tre af de vigtigste typer af phosphorylering er glucosefosforylering, proteinphosphorylering og oxidativ fosforylering.

Glukose og andre sukkerarter fosforyleres ofte som det første trin i deres

Phoebus Levene ved Rockefeller Institute for Medical Research var den første til at identificere en fosforyleret protein (phosvitin) i 1906, men enzymatisk phosphorylering af proteiner blev ikke beskrevet indtil 1930'erne.

Proteinphosphorylering forekommer, når phosphorylgruppen føjes til en aminosyre. Normalt er aminosyren serin, skønt fosforylering også forekommer på threonin og tyrosin i eukaryoter og histidin i prokaryoter. Dette er en forestringsreaktion, hvor en phosphatgruppe reagerer med hydroxyl (-OH) -gruppen i en serin-, threonin- eller tyrosin-sidekæde. Enzymproteinkinasen binder kovalent en phosphatgruppe til aminosyren. Den nøjagtige mekanisme adskiller sig noget mellem prokaryoter og eukaryoter. De bedst studerede former for phosphorylering er posttranslational modifikationer (PTM), hvilket betyder, at proteinerne phosphoryleres efter translation fra en RNA-skabelon. Den omvendte reaktion, dephosphorylering, katalyseres af proteinphosphataser.

Et vigtigt eksempel på proteinphosphorylering er phosphorylering af histoner. I eukaryoter er DNA forbundet med dannelse af histonproteiner kromatin. Histone-phosphorylering ændrer chromatins struktur og ændrer dets protein-protein og DNA-protein-interaktioner. Normalt sker fosforylering, når DNA er beskadiget, hvilket åbner plads omkring brudt DNA, så reparationsmekanismer kan udføre deres arbejde.

Ud over dets betydning i DNA-reparation, proteinfosforylering spiller en nøglerolle i metabolisme og signalveje.

Oxidativ fosforylering er, hvordan en celle lagrer og frigiver kemisk energi. I en eukaryotisk celle forekommer reaktionerne inden for mitokondrier. Oxidativ fosforylering består af reaktionerne fra elektrontransportkæden og kemoterapi. I sammendrag passerer redox-reaktion elektroner fra proteiner og andre molekyler langs elektrontransportkæden i mitokondriens indre membran, hvorved der frigøres energi, der bruges til at fremstille Adenosintrifosfat (ATP) i kemiosmose.

I denne proces NADH og FADH₂ leverer elektroner til elektrontransportkæden. Elektroner bevæger sig fra højere energi til lavere energi, når de skrider frem langs kæden og frigiver energi undervejs. En del af denne energi går til pumpning af brintioner (H⁺) til dannelse af en elektrokemisk gradient. I slutningen af ​​kæden overføres elektroner til ilt, der binder til H⁺ at danne vand. H⁺ ioner leverer energien til ATP-syntase at syntetisere ATP. Når ATP dephosforyleres, frigiver spaltning af phosphatgruppen energi i en form, som cellen kan bruge.

Adenosin er ikke den eneste base, der gennemgår fosforylering for at danne AMP, ADP og ATP. For eksempel kan guanosin også danne GMP, BNP og GTP.

Hvorvidt et molekyle er blevet phosphoryleret eller ej, kan detekteres ved anvendelse af antistoffer, elektroforese, eller massespektrometri. Imidlertid er det vanskeligt at identificere og karakterisere phosphoryleringssteder. Isotopmærkning bruges ofte sammen med fluorescens, elektroforese og immunoassays.

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Processen med reversibel fosforylering: Edmond Hs arbejde Fischer". Tidsskrift for biologisk kemi. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Glukosefosforylering er påkrævet for insulinafhængig mTOR-signalering i hjertet". Kardiovaskulær forskning. 76 (1): 71–80.