Fosforylering och hur det fungerar

Fosforylering är den kemiska tillsatsen av en fosforylgrupp (PO₃^-) till en organisk molekyl. Avlägsnande av en fosforylgrupp kallas avfosforylering. Både fosforylering och defosforylering utförs av enzymer (t.ex. kinaser, fosfotransferaser). Fosforylering är viktig inom områdena biokemi och molekylärbiologi eftersom det är en nyckelreaktion när det gäller protein- och enzymfunktion, sockermetabolism och energilagring och frisättning.

Fosforylering spelar en avgörande reglerande roll i celler. Dess funktioner inkluderar:

• Viktigt för glykolys
• Används för protein-proteininteraktion
• Används vid proteinnedbrytning
• Reglerar enzymhämning
• Bibehåller homeostas genom att reglera energikrävande kemiska reaktioner

Många typer av molekyler kan genomgå fosforylering och defosforylering. Tre av de viktigaste typerna av fosforylering är glukosfosforylering, proteinfosforylering och oxidativ fosforylering.

Glukos och andra sockerarter är ofta fosforylerade som det första steget i deras

Phoebus Levene vid Rockefeller Institute for Medical Research var den första som identifierade en fosforylerat protein (fosvitin) 1906, men enzymatisk fosforylering av proteiner beskrivs inte fram till 1930-talet.

Proteinfosforylering sker när fosforylgruppen läggs till en aminosyra. Vanligtvis är aminosyran serin, även om fosforylering också sker på treonin och tyrosin i eukaryoter och histidin i prokaryoter. Detta är en förestringsreaktion där en fosfatgrupp reagerar med hydroxylgruppen (-OH) i en serin-, treonin- eller tyrosin-sidokedja. Enzymproteinkinas binder kovalent en fosfatgrupp till aminosyran. Den exakta mekanismen skiljer sig något mellan prokaryoter och eukaryoter. De bäst studerade formerna av fosforylering är posttranslationsmodifieringar (PTM), vilket innebär att proteinerna fosforyleras efter translation från en RNA-mall. Den omvända reaktionen, defosforylering, katalyseras av proteinfosfataser.

Ett viktigt exempel på proteinfosforylering är fosforylering av histoner. I eukaryoter är DNA associerat med histonproteiner som ska bildas kromatin. Histonfosforylering modifierar kromatinstrukturen och förändrar dess protein-protein- och DNA-proteininteraktioner. Vanligtvis sker fosforylering när DNA skadas, vilket öppnar utrymme runt trasigt DNA så att reparationsmekanismer kan göra sitt arbete.

Utöver dess betydelse i DNA-reparation, proteinfosforylering spelar en nyckelroll i metabolism och signalvägar.

Oxidativ fosforylering är hur en cell lagrar och frigör kemisk energi. I en eukaryotisk cell inträffar reaktionerna inom mitokondrierna. Oxidativ fosforylering består av reaktionerna från elektrontransportkedjan och de av kemiosmos. Sammanfattningsvis passerar redoxreaktion elektroner från proteiner och andra molekyler längs elektrontransportkedjan i mitokondriens inre membran, vilket frigör energi som används för att skapa adenosintrifosfat (ATP) vid kemiosmos.

I denna process, NADH och FADH₂ leverera elektroner till elektrontransportkedjan. Elektroner rör sig från högre energi till lägre energi när de fortskrider längs kedjan och släpper energi längs vägen. En del av denna energi går till pumpning av vätejoner (H⁺) för att bilda en elektrokemisk gradient. I slutet av kedjan överförs elektroner till syre, som binds med H⁺ för att bilda vatten. H⁺ joner levererar energin för ATP-syntas att syntetisera ATP. När ATP avfosforyleras frisätter fosfatgruppen energi i en form som cellen kan använda.

Adenosin är inte den enda basen som genomgår fosforylering för att bilda AMP, ADP och ATP. Till exempel kan guanosin också bilda GMP, BNP och GTP.

Huruvida en molekyl har fosforylerats eller inte kan detekteras med hjälp av antikroppar, elektrofores, eller masspektrometri. Att identifiera och karakterisera fosforyleringsställen är emellertid svårt. Isotopmärkning används ofta i samband med fluorescens, elektrofores och immunoanalyser.

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Processen för vändbar fosforylering: Edmond Hs arbete Fischer". Journal of Biologisk kemi. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Glukosfosforylering krävs för insulinberoende mTOR-signalering i hjärtat". Kardiovaskulär forskning. 76 (1): 71–80.