Fosforylace je základní proces biochemie, který probíhá nejen v lidském organismu, ale ve všech živých organismech s jádrem a bakterie. Jedná se o nepostradatelnou součást transdukce intracelulárního signálu a důležitý způsob řízení chování buněk. Většinou komponenty Proteinů jsou fosforylované, ale jiné molekuly jako cukry mohou také sloužit jako substráty. Na chemické úrovni pozorování fosforylace Proteinů výsledky v kyselina fosforečná estery pouto.
Co je fosforylace?
Fosforylace je základní proces biochemie, který se vyskytuje v lidském organismu. Fosforylace poskytuje buňce energii. Termín fosforylace se týká přenosu fosfát skupiny na organické molekuly - obvykle aminokyselinové zbytky, které tvořit Proteinů. Fosfáty mají čtyřbokou strukturu skládající se z centrálního atomu fosfor a čtyři okolní kovalentně vázané kyslík atomy. fosfát skupiny mají dvojitý záporný náboj. Jejich přenos do organické molekuly probíhá prostřednictvím specifických enzymytzv. kinázy. Když spotřebovávají energii, obvykle se váží fosfát zbytek na hydroxyskupinu proteinu, tvořící a kyselina fosforečná estery. Tento proces je však reverzibilní, to znamená, že jej lze jistě zvrátit enzymy. Takový enzymy, které štěpí fosfátové geuppen, se obecně označují jako fosfatázy. Jak kinázy, tak fosfatázy představují odlišnou třídu enzymů, které lze dále rozdělit do podtříd podle různých kritérií, jako je povaha substrátu nebo mechanismus aktivace.
Funkce a úkol
Zásadním významem fosfátů, zejména polyfosforečnanů, v organismu je dodávka energie. Nejvýznamnějším příkladem je ATP (adenosin trifosfát), který je považován za hlavní vysílač energie v těle. Skladování energie v lidském organismu proto obvykle znamená syntézu ATP. K tomu musí být fosfátový zbytek přenesen na molekulu ADP (adenosin difosfát), takže se prodlužuje jeho řetězec fosfátových skupin spojených vazbami anhydridu kyseliny fosforečné. Výsledná molekula se nazývá ATP (adenosin trifosfát). Takto uložená energie se získává z obnoveného štěpení vazby a zanechává za sebou ADP. Je také možné štěpení jiného fosfátu za vzniku AMP (adenosinmonofosfát). Každé štěpení fosfátu dává buňce k dispozici více než 30 kJ na mol. Cukry jsou také fosforylovány v průběhu metabolismu lidských sacharidů z energetických důvodů. Glykolýza se také označuje jako „fáze sběru“ a „fáze získávání“, protože energie ve formě fosfátových skupin musí být nejprve investována do výchozích materiálů pro následné získání ATP. Navíc, glukózanapříklad jako glukóza-6-fosfát již nemůže nerušeně difundovat buněčná membrána a je tak fixován uvnitř buňky, kde je potřebný pro další důležité metabolické kroky. Kromě toho fosforylace a jejich reverzní reakce spolu s alosterickou a kompetitivní inhibicí představují klíčové mechanismy pro regulaci buněčné aktivity. V tomto procesu jsou proteiny většinou fosforylované nebo defosforylované. The aminokyseliny nejčastěji modifikované jsou serin, threonin a tyrosin, které jsou přítomny v proteinech, přičemž serin se podílí na drtivé většině fosforylací. U proteinů s aktivitou enzymu mohou oba procesy vést k aktivaci nebo inaktivaci, v závislosti na struktuře molekuly. Alternativně může také (de) fosforylace převedením nebo odebráním dvojitého záporného náboje vést ke změně konformace proteinu tak, že určité jiné molekuly se může vázat na postižené proteinové domény nebo ne. Příkladem tohoto mechanismu je třída receptorů spřažených s G proteinem. Oba mechanismy hrají významnou roli v signální transdukci v buňce a v regulaci buněčného metabolismu. Mohou ovlivňovat chování buňky buď přímo prostřednictvím aktivity enzymu, nebo nepřímo, prostřednictvím pozměněné transkripce a translace DNA.
Nemoci a nemoci
Jakkoli jsou funkce fosforylací univerzální a zásadní, jsou důsledky narušení tohoto mechanismu reakce rozmanité. Porucha nebo inhibice fosforylace, obvykle vyvolaná nedostatkem proteinkináz nebo jejich defektem, může vést k metabolickým chorobám, chorobám nervový systém a svaly nebo poškození jednotlivých orgánů. Nejprve jsou často ovlivněny nervové a svalové buňky, což se projevuje neurologickými příznaky a svalovou slabostí. V malém měřítku mohou být některé poruchy kináz nebo fosfatáz kompenzovány tělem, protože v některých případech je k dispozici několik cest pro přenos signálu a lze tak obejít „defektní místo“ v signálním řetězci. Potom například vadný nahradí jiný protein. Sníženou účinnost enzymů lze naproti tomu kompenzovat jednoduchou produkcí více. Možné příčiny nedostatku nebo nesprávné funkce kináz a fosfatáz jsou vnitřní i vnější toxiny i genetické mutace. Pokud k takové mutaci dojde v DNA DNA mitochondrie, existují negativní účinky na oxidační fosforylaci a tedy syntézu ATP, což je hlavní úkol těchto buněčných organel. Jedním z takových mitochondriálních onemocnění je LHON (Leberova dědičná optická neuropatie), při které dochází k rychlé ztrátě zraku, někdy v kombinaci s srdeční arytmie. Toto onemocnění se dědí mateřsky, tj. Výlučně od matky, protože dítěti se předává pouze její mitochondriální DNA, zatímco otcova nikoli.
