Fosforilasyon

Fosforilasyon sadece insan organizmasında değil, hücre çekirdeği ve bakteri ile tüm canlılarda gerçekleşen temel bir biyokimya sürecidir. Hücre içi sinyal iletiminin vazgeçilmez bir parçasıdır ve hücre davranışını kontrol etmenin önemli bir yoludur. Çoğu zaman proteinlerin bileşenleri fosforile edilir, ancak şeker gibi diğer moleküller de substrat görevi görebilir. Kimyasal açıdan proteinlerin fosforilasyonu, bir fosforik asit ester bağı oluşturur.

Fosforilasyon nedir?

Fosforilasyon terimi, fosfat gruplarının organik moleküllere transferini tanımlar - çoğunlukla bunlar proteinleri oluşturan amino asit kalıntılarıdır. Fosfatlar, bir merkezi fosfor atomundan ve dört çevreleyen, kovalent olarak bağlı oksijen atomundan oluşan dört yüzlü bir yapıya sahiptir.

Fosfat gruplarının çift negatif yükü vardır. Kinazlar denen özel enzimler tarafından organik bir moleküle aktarılırlar. Enerji tüketimiyle, bunlar genellikle fosfat kalıntısını bir proteinin bir hidroksil grubuna bağlar, böylece bir fosforik asit ester oluşur. Ancak bu işlem tersine çevrilebilir, yani yine belirli enzimlerle tersine çevrilebilir. Fosfat gruplarını ayıran bu tür enzimler genellikle fosfatazlar olarak adlandırılır.

Hem kinazlar hem de fosfatazların her biri kendi enzim sınıflarını temsil eder ve bunlar, substrat tipi veya aktivasyon mekanizması gibi çeşitli kriterlere göre başka alt sınıflara bölünebilir.

İşlev ve görev

Organizmada fosfatların, özellikle polifosfatların çok önemli bir rolü, enerji kaynağıdır. Bunun en belirgin örneği vücuttaki ana enerji taşıyıcısı olan ATP'dir (adenozin trifosfat). İnsan organizmasındaki enerji depolaması, bu nedenle genellikle ATP'nin sentezi anlamına gelir.

Bunu yapmak için, bir fosfat kalıntısının bir ADP (adenozin difosfat) molekülüne aktarılması gerekir, böylece fosforik anhidrit bağlarıyla bağlanan fosfat grupları zinciri uzatılır. Ortaya çıkan moleküle ATP (adenozin trifosfat) adı verilir. Bu şekilde depolanan enerji, ADP'yi geride bırakarak bağın yenilenen bölünmesinden elde edilir. AMP (adenozin monofosfat) oluştuğu için başka bir fosfat da ayrılabilir. Bir fosfat her bölündüğünde, hücrenin kullanılabilir mol başına 30 kJ'den fazlası vardır.

Şeker ayrıca enerjik nedenlerle insan karbonhidrat metabolizması sırasında fosforile edilir. Fosfat grupları şeklindeki enerjinin daha sonra ATP'yi elde etmek için başlangıç ​​malzemelerine yatırılması gerektiğinden glikolizin bir "toplama aşaması" ve bir "geri kazanım aşaması" ndan da söz edilir. Ek olarak, örneğin glikoz-6-fosfat gibi glikoz, artık hücre zarından engellenmeden yayılamaz ve bu nedenle diğer önemli metabolik adımlar için gerekli olduğu hücre içinde sabitlenir.

Ek olarak, fosforilasyonlar ve bunların ters reaksiyonları, allosterik ve kompetitif inhibisyona ek olarak, hücre aktivitesini düzenlemek için belirleyici mekanizmaları temsil eder Çoğu durumda, proteinler fosforile veya defosforillenir. Proteinlerde bulunan amino asitler serin, treonin ve tirozin en sık değiştirilir, serin fosforilasyonların büyük çoğunluğunda rol oynar. Enzim aktivitesine sahip proteinler söz konusu olduğunda, her iki işlem de molekülün yapısına bağlı olarak aktivasyona ve inaktivasyona yol açabilir.

Alternatif olarak, bir çift negatif yükün aktarılması veya çıkarılmasıyla (de) fosforilasyon, proteinin konformasyonunun, diğer bazı moleküllerin etkilenen protein alanlarına bağlanabileceği veya artık bağlanmayacağı şekilde değişmesine de yol açabilir. Bu mekanizmanın bir örneği, G-proteinine bağlı reseptörler sınıfıdır.

Her iki mekanizma da sinyallerin hücre içinde iletilmesinde ve hücre metabolizmasının düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Bir hücrenin davranışını doğrudan enzim aktivitesi yoluyla veya dolaylı olarak değiştirilmiş transkripsiyon ve DNA translasyonu yoluyla etkileyebilirler.

Hastalıklar ve rahatsızlıklar

Fosforilasyonların işlevleri kadar evrensel ve temel olduğu kadar, bu reaksiyon mekanizmasının bozulmasının sonuçları da aynı derecede çeşitlidir. Genellikle protein kinaz eksikliği veya bunların eksikliği ile tetiklenen bir kusur veya fosforilasyon inhibisyonu, metabolik hastalıklara, sinir sistemi ve kas hastalıklarına veya bireysel organ hasarına yol açabilir. Sinir ve kas hücreleri genellikle ilk olarak etkilenir, bu da nörolojik semptomlarda ve kas güçsüzlüğünde kendini gösterir.

Bir sinyali iletmenin bazen birkaç yolu olduğundan ve dolayısıyla sinyal zincirindeki "kusurlu nokta" atlanabildiğinden, küçük bir dereceye kadar, kinazların veya fosfatazların bazı bozuklukları vücut tarafından telafi edilebilir. Daha sonra, örneğin, başka bir protein, kusurlu olanın yerini alır. Diğer yandan enzimlerin verimliliğinin azalması, basitçe üretimi artırarak telafi edilebilir.

İç ve dış toksinler yanı sıra genetik mutasyonlar, kinaz ve fosfataz eksikliğinin veya arızasının olası nedenleridir.

Mitokondrinin DNA'sında böyle bir mutasyon meydana gelirse, oksidatif fosforilasyon ve dolayısıyla bu hücre organellerinin asıl görevi olan ATP sentezi üzerinde olumsuz etkiler vardır. Böyle bir mitokondriyal hastalık, örneğin, bazen kardiyak aritmilerle kombinasyon halinde hızlı bir görme kaybının olduğu LHON (Leber kalıtsal optik nöropati) 'dir. Bu hastalık anneden miras alınır, yani. sadece anneden, çünkü çocuğa sadece mitokondriyal DNA'sı geçer, babanın DNA'sı geçmez.