Fosforilazione e come funziona

La fosforilazione è l'aggiunta chimica di un gruppo fosforilico (PO₃^-) a un organico molecola. La rimozione di un gruppo fosforilico si chiama defosforilazione. Vengono eseguite sia la fosforilazione che la defosforilazione dagli enzimi (ad es. chinasi, fosfotransferasi). La fosforilazione è importante nei campi della biochimica e della biologia molecolare perché è una reazione chiave nella funzione delle proteine ​​e degli enzimi, nel metabolismo dello zucchero e nel deposito e rilascio di energia.

La fosforilazione svolge un ruolo regolatorio critico in cellule. Le sue funzioni includono:

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

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

Glucosio e altri zuccheri sono spesso fosforilati come primo passo del loro catabolismo. Ad esempio, il primo passo 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 facilmente entrare 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.

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

La fosforilazione proteica si verifica quando si aggiunge il gruppo fosforile un amminoacido. Di solito, l'amminoacido è serina, sebbene la fosforilazione si verifichi anche su treonina e tirosina negli eucarioti e 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. La proteina chinasi enzimatica lega covalentemente un gruppo fosfato all'amminoacido. Il meccanismo preciso differisce leggermente tra procarioti ed eucarioti. Le forme di fosforilazione meglio studiate sono le modificazioni 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 da fosfatasi proteiche.

Un esempio importante di fosforilazione proteica è la fosforilazione degli istoni. Negli eucarioti, il DNA è associato alle proteine ​​dell'istone per formare 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 lo 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.

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 elettroni da proteine ​​e altre molecole lungo la catena di trasporto degli elettroni nella membrana interna dei mitocondri, rilasciando energia che viene utilizzata per produrre trifosfato di adenosina (ATP) nella chemiosmosi.

In questo processo, NADH e FADH₂ fornire 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 la strada. 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 a H⁺ per formare l'acqua. H⁺ gli ioni forniscono l'energia per l'ATP sintasi per sintetizzare ATP. Quando l'ATP viene defosforilato, la scissione del gruppo fosfato rilascia energia in una forma utilizzabile dalla cellula.

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, PIL e GTP.

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

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