Фосфорилирование
В биохимии . фосфорилирование - это прикрепление фосфатной группы к молекуле или иону [ 1 ] Этот процесс и его обратное дефосфорилирование распространены в биологии . [ 2 ] Фосфорилирование белка 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 производство аденозинтрифосфата (АТФ), «высокоэнергетической» обменной среды в клетке. Во время аэробного дыхания АТФ синтезируется в митохондрионе путем добавления третьей фосфатной группы к аденозинфосфату (ADP) в процессе, называемом окислительным фосфорилированием . АТФ также синтезируется фосфорилированием 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 сахара часто является первой стадией в их катаболизме . Фосфорилирование позволяет клеткам накапливать сахара, потому что фосфатная группа предотвращает диффундирование молекул в их транспортере . Фосфорилирование глюкозы является ключевой реакцией в метаболизме сахара. Химическое уравнение для преобразования D-глюкозы в D-глюкозу-6-фосфат на первом этапе гликолиза дается:
- D-глюкоза + ATP → D- глюкоза 6-фосфат + ADP
- Δg ° = -16,7 кДж/моль (° указывает на измерение в стандартном состоянии)
Гликолиз
[ редактировать ]Гликолиз является важным процессом разложения глюкозы в две молекулы пирувата на различных этапах с помощью различных ферментов. Это происходит в десяти шагах и доказывает, что фосфорилирование является очень необходимым и необходимым шагом для достижения 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 - это небольшая молекула со способностью диффундировать в клетке и вне. Путем фосфорилирования глюкозы (добавления фосфорильной группы, чтобы создать отрицательно заряженную фосфатную группу [ 7 ] ), глюкоза превращается в глюкозу-6-фосфат, который захватывается в клетке, когда клеточная мембрана отрицательно заряжается. Эта реакция возникает из-за фермента гексокиназы , фермента, который помогает фосфорилировать многие шестибранные кольцевые структуры. Фосфорилирование происходит на этапе 3, где фруктозо-6-фосфат превращается в фруктозу 1,6-бисфосфат . Эта реакция катализируется фосфофруктокиназой .
В то время как фосфорилирование выполняется ATP во время препаратов, фосфорилирование во время фазы выплаты поддерживается неорганическим фосфатом. Каждая молекула глицеральдегида 3-фосфата фосфорилируется с образованием 1,3-бисфосфоглицерата . Эта реакция катализируется глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (GAPDH). Каскадный эффект фосфорилирования в конечном итоге вызывает нестабильность и позволяет ферментам открывать углеродные связи в глюкозе.
Функции фосфорилирования являются чрезвычайно важным компонентом гликолиза, поскольку он помогает в транспорте, контроле и эффективности. [ 8 ]
Синтез гликогена
[ редактировать ]Гликоген представляет собой долгосрочный запас глюкозы, продуцируемый клетками печени . В печени синтез гликогена напрямую коррелирует с концентрацией глюкозы в крови. Высокая концентрация глюкозы в крови вызывает увеличение внутриклеточных уровней глюкозы 6-фосфата в печени, скелетных мышцах и жировой ( жировой ) ткани. Глюкоза 6-фосфат играет роль в регуляции гликогеновой синтазы .
Высокая глюкоза в крови высвобождает инсулин , стимулируя транслокацию специфических транспортеров глюкозы в клеточную мембрану; Глюкоза фосфорилируется до глюкозы 6-фосфата во время транспорта через мембрану с помощью 6- фосфотрансферазы ATP-D-глюкозы и неспецифической гексокиназы (6-фосфотрансфераза ATP-D-Hexose). [ 9 ] [ 10 ] Клетки печени свободно проницаемы для глюкозы, а начальная скорость фосфорилирования глюкозы-это ограничивающая скорость в метаболизме глюкозы печенью. [ 9 ]
Критическая роль печени в контроле концентрации сахара в крови путем разбивания глюкозы на углекислый газ и гликоген характеризуется значением негативной свободной энергии Гиббса (ΔG), которое указывает на то, что это точка регуляции. [ нужно разъяснения ] Фермент гексокиназы имеет низкую константу Михаэлиса (K M ), что указывает на высокое сродство к глюкозе, поэтому это начальное фосфорилирование может проходить даже при уровне глюкозы в наноскопическом масштабе в крови.
Фосфорилирование глюкозы может быть усилена связыванием фруктозы 6-фосфата (F6P) и уменьшено с помощью связывания 1-фосфата (F1P). Фруктоза, потребляемая в рационе, преобразуется в F1P в печени. Это отрицает действие F6P на глюкокиназу, [ 11 ] что в конечном итоге предпочитает прямую реакцию. Способность клеток печени к фосфорилированию фруктозы превышает способность метаболизировать фруктозо-1-фосфат. Потребление избыточной фруктозы в конечном итоге приводит к дисбалансу в метаболизме печени, который косвенно исчерпывает поставку клеток печени АТФ. [ 12 ]
Аллостерическая активация глюкозой 6 -фосфатом, которая действует как эффектор, стимулирует гликоген -синтазу, а глюкоза 6 фосфат может ингибировать фосфорилирование гликогеновой синтазы циклической AMP -стимулированной протеинкиназой . [ 10 ]
Другие процессы
[ редактировать ]Фосфорилирование глюкозы является обязательным для процессов в организме. Например, фосфорилирующая глюкоза необходима для инсулинозависимой механистической мишени активности пути рапамицина в сердце. Это также предполагает связь между промежуточным метаболизмом и ростом сердца. [ 13 ]
Фосфорилирование белка
[ редактировать ]Фосфорилирование белка является наиболее распространенной посттрансляционной модификацией у эукариот. Фосфорилирование может происходить на боковых цепях серина , треонина и тирозина (другими словами, на их остатках) посредством фосфоэфирных связей образования , на гистидине , лизине и аргинине посредством фосфорамидатских связей , а также на аспартациновой кислоте и глутаминовой кислоте через смешанные ангидридные связи . Недавние данные подтверждают широкое фосфорилирование гистидина как при 1, так и 3 N-атомах кольца имидазола . [ 14 ] [ 15 ] Недавняя работа демонстрирует широкое фосфорилирование белка человека на множественных неканонических аминокислотах, включая мотивы, содержащие фосфорилированный гистидин, аспартат, глутамат, цистеин , аргинин и лизин в экстрактах клеток Hela. [ 16 ] Однако из-за химической лабилизации этих фосфорилированных остатков и в заметном контрасте с Ser, Thr и Tyr фосфорилирование, анализ фосфорилированного гистидина (и других неканонических аминокислот) с использованием стандартных биохимических и масс-спектрометрических подходов является гораздо более сложным [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] и специальные процедуры и методы разделения необходимы для их сохранения наряду с классическим SER, THR и TYR фосфорилирование. [ 19 ]
Выдающаяся роль фосфорилирования белка в биохимии иллюстрируется огромным количеством исследований, опубликованных по этому вопросу (по состоянию на март 2015 года база данных Medline возвращает более 240 000 статей, в основном на фосфорилировании белка ).
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Беттс, Дж. Гордон (2013). «2.5 органические соединения, необходимые для функционирования человека». Анатомия и физиология . OpenStax. ISBN 978-1-947172-04-3 Полем Архивировано из оригинала 2023-03-31 . Получено 16 апреля 2023 года .
- ^ Chen J, He X, Jakovlić I (ноябрь 2022 г.). «Положительная фиксация гоминин-специфической аминокислотной мутации, связанной с дефосфорилированием в IRF9» . Экология и эволюция BMC . 22 (1): 132. DOI : 10.1186/S12862-022-02088-5 . PMC 9650800 . PMID 36357830 . S2CID 253448972 .
Текст был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
- ^ Oliveira AP, Sauer U (март 2012 г.). «Важность посттрансляционных модификаций в регуляции метаболизма Saccharomyces cerevisiae» . FEMS DESS RESECTION . 12 (2): 104–117. doi : 10.1111/j.1567-1364.2011.00765.x . PMID 22128902 .
- ^ Tripodi F, Nicastro R, Reghellin V, Coccetti P (апрель 2015 г.). «Посттрансляционные модификации метаболизма углерода дрожжей: регуляторные механизмы за пределами транскрипционного контроля». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Общие субъекты . 1850 (4): 620–627. doi : 10.1016/j.bbagen.2014.12.010 . HDL : 10281/138736 . PMID 25512067 .
- ^ Глава 14: Гликолиз и катаболизм гексозов . Архивировано из оригинала 2021-10-17 . Получено 2016-05-14 .
- ^ Гаррет Р. (1995). Биохимия . Сондерс -колледж.
- ^ "Гексокиназа - реакция" . www.chem.uwec.edu . Архивировано из оригинала 2020-12-02 . Получено 2020-07-29 .
- ^ Maber J. «Введение в гликолиз» . Архивировано из оригинала 6 апреля 2017 года . Получено 18 ноября 2017 года .
- ^ Jump up to: а беременный Уокер Д.Г., Рао С. (февраль 1964 г.). «Роль глюкокиназы в фосфорилировании глюкозы печенью крысы» . Биохимический журнал . 90 (2): 360–368. doi : 10.1042/bj0900360 . PMC 1202625 . PMID 5834248 .
- ^ Jump up to: а беременный Villar-Palasí C, Guinovart JJ (июнь 1997 г.). «Роль глюкозы 6-фосфата в контроле гликогенсинтазы» . FASEB Journal . 11 (7): 544–558. doi : 10.1096/fasebj.11.7.9212078 . PMID 9212078 . S2CID 2789124 .
- ^ Уокер Д.Г., Рао С. (февраль 1964 г.). «Роль глюкокиназы в фосфорилировании глюкозы печенью крысы» . Биохимический журнал . 90 (2): 360–368. doi : 10.1042/bj0900360 . PMC 1202625 . PMID 5834248 .
- ^ «Регуляция гликолиза» . cmgm.stanford.edu . Архивировано из оригинала на 2009-03-03 . Получено 2017-11-18 .
- ^ Sharma S, Guthrie PH, Chan SS, Haq S, Taegtmeyer H (октябрь 2007 г.). «Фосфорилирование глюкозы требуется для инсулинозависимой передачи сигналов mTOR в сердце» . Сердечно -сосудистые исследования . 76 (1): 71–80. doi : 10.1016/j.cardiores.2007.05.004 . PMC 2257479 . PMID 17553476 .
- ^ Fuhs Sr, Hunter T (апрель 2017 г.). «Фисфорилирование: появление фосфорилирования гистидина в качестве обратимой регуляторной модификации» . Современное мнение в клеточной биологии . 45 : 8–16. doi : 10.1016/j.ceb.2016.12.010 . PMC 5482761 . PMID 28129587 .
- ^ Fuhs SR, Meisenhelder J, Aslanian A, Ma L, Zagorska A, Stankova M, et al. (Июль 2015). «Моноклональные 1- и 3-фосфогистидиновые антитела: новые инструменты для изучения фосфорилирования гистидина» . Клетка . 162 (1): 198–210. doi : 10.1016/j.cell.2015.05.046 . PMC 4491144 . PMID 26140597 .
- ^ Jump up to: а беременный Хардман Г., Перкинс С., Браунридж П.Дж., Кларк С.Дж., Бирн Д.П., Кэмпбелл А.Е. и др. (Октябрь 2019). «Сильная анионная обменная фосфопротеомика выявляет обширное неканоническое фосфорилирование человека» . Embo Journal . 38 (21): E100847. doi : 10.15252/embj.2018100847 . PMC 6826212 . PMID 31433507 .
- ^ Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Hardman GE, Eyers CE (июнь 2014 г.). «Газофазный межмолекулярный перенос фосфата в димере фосфогистидинового фосфопептида» . Международный журнал масс -спектрометрии . 367 : 28–34. Bibcode : 2014ijmsp.367 ... 28G . doi : 10.1016/j.ijms.2014.04.015 . PMC 4375673 . PMID 25844054 .
- ^ Гонсалес-Санчес М.Б., Ланукара Ф., Хелм М., Эйерс Се (август 2013 г.). «Попытка переписать историю: проблемы с анализом гистидина-фосфорилированных пептидов». Биохимическое общество транзакций . 41 (4): 1089–1095. doi : 10.1042/bst20130072 . PMID 23863184 .
- ^ Хардман Г., Перкинс С., Руан З., Каннан Н., Браунридж П., Бирн Д.П., Эйерс П.А., Джонс А.Р., Эйерс С.Е. (2017). «Обширное неканоническое фосфорилирование в клетках человека выявило с использованием сильной обменной опосредованной фосфопротеомики». Biorxiv 10.1101/202820 .
