фосфорилирование
В биохимии . фосфорилирование — это присоединение фосфатной группы к молекуле или иону [1] Этот процесс и его обратный процесс — дефосфорилирование — широко распространены в биологии . [2] Фосфорилирование белков часто активирует (или деактивирует) многие ферменты . [3] [4]
Во время дыхания
[ редактировать ]Фосфорилирование имеет важное значение для процессов как анаэробного , так и аэробного дыхания , которые включают выработку аденозинтрифосфата (АТФ), «высокоэнергетической» обменной среды в клетке. Во время аэробного дыхания АТФ синтезируется в митохондриях путем присоединения третьей фосфатной группы к аденозиндифосфату (АДФ) в процессе, называемом окислительным фосфорилированием . АТФ также синтезируется путем фосфорилирования на уровне субстрата во время гликолиза . АТФ синтезируется за счет солнечной энергии путем фотофосфорилирования в хлоропластах растительных клеток.
Фосфорилирование глюкозы
[ редактировать ]Метаболизм глюкозы
[ редактировать ]Фосфорилирование сахаров часто является первой стадией их катаболизма . Фосфорилирование позволяет клеткам накапливать сахара, поскольку фосфатная группа препятствует диффузии молекул обратно через транспортер . Фосфорилирование глюкозы является ключевой реакцией метаболизма сахара. Химическое уравнение превращения D-глюкозы в D-глюкозо-6-фосфат на первой стадии гликолиза имеет вид:
- D-глюкоза + АТФ → D- глюкозо-6-фосфат + АДФ
- ΔG ° = −16,7 кДж/моль (° указывает на измерение в стандартных условиях)
Гликолиз
[ редактировать ]Гликолиз — это важный процесс распада глюкозы на две молекулы пирувата , проходящий через различные этапы с помощью разных ферментов. Это происходит в десять этапов и доказывает, что фосфорилирование является весьма необходимым и необходимым шагом для получения конечных продуктов. Фосфорилирование инициирует реакцию на этапе 1 подготовительного этапа. [5] (первая половина гликолиза) и инициирует этап 6 фазы выплаты (вторая фаза гликолиза). [6]
Глюкоза по своей природе представляет собой небольшую молекулу, способную диффундировать в клетку и из нее. Путем фосфорилирования глюкозы (добавление фосфорильной группы для создания отрицательно заряженной фосфатной группы). [7] ), глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат, который удерживается внутри клетки, поскольку клеточная мембрана заряжается отрицательно. Эта реакция происходит благодаря ферменту гексокиназе , ферменту, который помогает фосфорилировать многие шестичленные кольцевые структуры. Фосфорилирование происходит на этапе 3, где фруктозо-6-фосфат превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат . Эту реакцию катализирует фосфофруктокиназа .
В то время как фосфорилирование осуществляется АТФ на подготовительных этапах, фосфорилирование во время фазы выплаты поддерживается неорганическим фосфатом. Каждая молекула глицеральдегид-3-фосфата фосфорилируется с образованием 1,3-бисфосфоглицерата . Эту реакцию катализирует глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФД). Каскадный эффект фосфорилирования в конечном итоге вызывает нестабильность и позволяет ферментам открывать углеродные связи в глюкозе.
Функции фосфорилирования являются чрезвычайно важным компонентом гликолиза, поскольку они помогают в транспортировке, контроле и эффективности. [8]
Синтез гликогена
[ редактировать ]Гликоген — это долговременный запас глюкозы, вырабатываемый клетками печени . В печени синтез гликогена напрямую коррелирует с концентрацией глюкозы в крови. Высокая концентрация глюкозы в крови вызывает повышение внутриклеточного уровня глюкозо-6-фосфата в печени, скелетных мышцах и жировой ( жировой ) ткани. Глюкозо-6-фосфат участвует в регуляции гликогенсинтазы .
Высокий уровень глюкозы в крови высвобождает инсулин , стимулируя перемещение специфических переносчиков глюкозы к клеточной мембране; глюкоза фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата во время транспорта через мембрану под действием АТФ-D-глюкозо-6- фосфотрансферазы и неспецифической гексокиназы (АТФ-D-гексозо-6-фосфотрансферазы). [9] [10] Клетки печени свободно проницаемы для глюкозы, и начальная скорость фосфорилирования глюкозы является лимитирующей стадией метаболизма глюкозы в печени. [9]
Решающая роль печени в контроле концентрации сахара в крови путем расщепления глюкозы на углекислый газ и гликоген характеризуется отрицательным значением свободной энергии Гиббса (ΔG), что указывает на то, что это точка регуляции. [ нужны разъяснения ] Фермент гексокиназа имеет низкую константу Михаэлиса (K m ), что указывает на высокое сродство к глюкозе, поэтому это начальное фосфорилирование может продолжаться даже при уровнях глюкозы в наноскопическом масштабе в крови.
Фосфорилирование глюкозы может быть усилено за счет связывания фруктозо-6-фосфата (F6P) и уменьшено за счет связывания фруктозо-1-фосфата (F1P). Фруктоза, потребляемая с пищей, превращается в печени в F1P. Это сводит на нет действие F6P на глюкокиназу, [11] что в конечном итоге благоприятствует прямой реакции. Способность клеток печени фосфорилировать фруктозу превышает способность метаболизировать фруктозо-1-фосфат. Потребление избыточного количества фруктозы в конечном итоге приводит к дисбалансу метаболизма в печени, что косвенно истощает запасы АТФ в клетках печени. [12]
Аллостерическая активация глюкозо-6-фосфатом, который действует как эффектор, стимулирует гликогенсинтазу, а глюкозо-6-фосфат может ингибировать фосфорилирование гликогенсинтазы с помощью циклической АМФ -стимулируемой протеинкиназы . [10]
Другие процессы
[ редактировать ]Фосфорилирование глюкозы необходимо для процессов внутри организма. Например, фосфорилирование глюкозы необходимо для инсулинозависимой механистической мишени активности пути рапамицина в сердце. Это также предполагает связь между промежуточным метаболизмом и ростом сердца. [13]
Фосфорилирование белков
[ редактировать ]Фосфорилирование белков является наиболее распространенной посттрансляционной модификацией у эукариот. Фосфорилирование может происходить по боковым цепям серина , треонина и тирозина (другими словами, по их остаткам) посредством образования фосфоэфирных связей , по гистидину , лизину и аргинину посредством фосфорамидатных связей , а также по аспарагиновой и глутаминовой кислоте посредством смешанных ангидридных связей . Недавние данные подтверждают широко распространенное фосфорилирование гистидина как по 1, так и по 3 атомам N имидазольного кольца . [14] [15] Недавняя работа демонстрирует широко распространенное фосфорилирование человеческого белка по множеству неканонических аминокислот, включая мотивы, содержащие фосфорилированный гистидин, аспартат, глутамат, цистеин , аргинин и лизин в экстрактах клеток HeLa. [16] Однако из-за химической лабильности этих фосфорилированных остатков и в отличие от фосфорилирования Ser, Thr и Tyr анализ фосфорилированного гистидина (и других неканонических аминокислот) с использованием стандартных биохимических и масс-спектрометрических подходов является гораздо более сложной задачей. [16] [17] [18] и для их сохранения требуются специальные процедуры и методы разделения наряду с классическим фосфорилированием Ser, Thr и Tyr. [19]
Выдающаяся роль фосфорилирования белков в биохимии иллюстрируется огромным количеством исследований, опубликованных по этой теме (по состоянию на март 2015 года база данных MEDLINE содержит более 240 000 статей, в основном по фосфорилированию белков ).
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Беттс, Дж. Гордон (2013). «2.5 Органические соединения, необходимые для жизнедеятельности человека». Анатомия и физиология . ОпенСтакс. ISBN 978-1-947172-04-3 . Архивировано из оригинала 31 марта 2023 г. Проверено 16 апреля 2023 г.
- ^ Чен Дж, Хэ Х, Яковлич I (ноябрь 2022 г.). «Позитивная фиксация специфичной для гоминина аминокислотной мутации, связанная с дефосфорилированием в IRF9», вызванная положительным отбором . BMC Экология и эволюция . 22 (1): 132. дои : 10.1186/s12862-022-02088-5 . ПМК 9650800 . ПМИД 36357830 . S2CID 253448972 .
Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 . - ^ Оливейра А.П., Зауэр Ю (март 2012 г.). «Важность посттрансляционных модификаций в регуляции метаболизма Saccharomyces cerevisiae» . Исследование дрожжей FEMS . 12 (2): 104–117. дои : 10.1111/j.1567-1364.2011.00765.x . ПМИД 22128902 .
- ^ Триподи Ф., Никастро Р., Регеллин В., Кокчетти П. (апрель 2015 г.). «Посттрансляционные модификации углеродного метаболизма дрожжей: регуляторные механизмы, выходящие за рамки транскрипционного контроля». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Общие предметы . 1850 (4): 620–627. дои : 10.1016/j.bbagen.2014.12.010 . hdl : 10281/138736 . ПМИД 25512067 .
- ^ Глава 14: Гликолиз и катаболизм гексоз . Архивировано из оригинала 17 октября 2021 г. Проверено 14 мая 2016 г.
- ^ Гарретт Р. (1995). Биохимия . Колледж Сондерс.
- ^ «Гексокиназа – Реакция» . www.chem.uwec.edu . Архивировано из оригинала 2 декабря 2020 г. Проверено 29 июля 2020 г.
- ^ Мабер Дж. «Введение в гликолиз» . Архивировано из оригинала 6 апреля 2017 года . Проверено 18 ноября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уокер Д.Г., Рао С. (февраль 1964 г.). «Роль глюкокиназы в фосфорилировании глюкозы печенью крысы» . Биохимический журнал . 90 (2): 360–368. дои : 10.1042/bj0900360 . ПМК 1202625 . ПМИД 5834248 .
- ^ Перейти обратно: а б Вильяр-Паласи К., Гиновар Дж. Дж. (июнь 1997 г.). «Роль глюкозо-6-фосфата в контроле гликогенсинтазы» . Журнал ФАСЭБ . 11 (7): 544–558. дои : 10.1096/fasebj.11.7.9212078 . ПМИД 9212078 . S2CID 2789124 .
- ^ Уокер Д.Г., Рао С. (февраль 1964 г.). «Роль глюкокиназы в фосфорилировании глюкозы печенью крысы» . Биохимический журнал . 90 (2): 360–368. дои : 10.1042/bj0900360 . ПМК 1202625 . ПМИД 5834248 .
- ^ «Регуляция гликолиза» . cmgm.stanford.edu . Архивировано из оригинала 3 марта 2009 г. Проверено 18 ноября 2017 г.
- ^ Шарма С., Гатри П.Х., Чан С.С., Хак С., Тэгтмейер Х. (октябрь 2007 г.). «Фосфорилирование глюкозы необходимо для инсулинозависимой передачи сигналов mTOR в сердце» . Сердечно-сосудистые исследования . 76 (1): 71–80. doi : 10.1016/j.cardiores.2007.05.004 . ПМК 2257479 . ПМИД 17553476 .
- ^ Фухс С.Р., Хантер Т. (апрель 2017 г.). «Фисфорилирование: возникновение фосфорилирования гистидина как обратимой регуляторной модификации» . Современное мнение в области клеточной биологии . 45 : 8–16. дои : 10.1016/j.ceb.2016.12.010 . ПМК 5482761 . ПМИД 28129587 .
- ^ Фухс С.Р., Мейзенхельдер Дж., Асланян А., Ма Л., Загорска А., Станкова М. и др. (июль 2015 г.). «Моноклональные антитела к 1- и 3-фосфогистидинам: новые инструменты для изучения фосфорилирования гистидина» . Клетка . 162 (1): 198–210. дои : 10.1016/j.cell.2015.05.046 . ПМЦ 4491144 . ПМИД 26140597 .
- ^ Перейти обратно: а б Хардман Г., Перкинс С., Браунридж П.Дж., Кларк С.Дж., Бирн Д.П., Кэмпбелл А.Е. и др. (октябрь 2019 г.). «Сильная фосфопротеомика, опосредованная анионным обменом, обнаруживает обширное неканоническое фосфорилирование человека» . Журнал ЭМБО . 38 (21): e100847. дои : 10.15252/embj.2018100847 . ПМК 6826212 . ПМИД 31433507 .
- ^ Гонсалес-Санчес М.Б., Ланукара Ф., Хардман Дж.Е., Эйерс CE (июнь 2014 г.). «Межмолекулярный перенос фосфата в газовой фазе внутри димера фосфогистидин-фосфопептида» . Международный журнал масс-спектрометрии . 367 : 28–34. Бибкод : 2014IJMSp.367...28G . дои : 10.1016/j.ijms.2014.04.015 . ПМЦ 4375673 . ПМИД 25844054 .
- ^ Гонсалес-Санчес МБ, Ланукара Ф, Хелм М, Эйерс CE (август 2013 г.). «Попытка переписать историю: проблемы с анализом гистидин-фосфорилированных пептидов». Труды Биохимического общества . 41 (4): 1089–1095. дои : 10.1042/bst20130072 . ПМИД 23863184 .
- ^ Хардман Г., Перкинс С., Руан З., Каннан Н., Браунридж П., Бирн Д.П., Эйерс П.А., Джонс А.Р., Эйерс CE (2017). «Обширное неканоническое фосфорилирование в клетках человека, выявленное с помощью фосфопротеомики, опосредованной сильным анионным обменом». bioRxiv 10.1101/202820 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
