Fosforilasi

The Fosforilasi adalah proses asas biokimia yang berlaku bukan hanya pada organisma manusia, tetapi dalam semua makhluk hidup dengan inti sel dan bakteria. Ini adalah bahagian yang sangat diperlukan dalam transduksi isyarat intraselular dan cara penting untuk mengawal tingkah laku sel. Sebilangan besar masa, komponen protein difosforilasi, tetapi molekul lain seperti gula juga dapat berfungsi sebagai substrat. Dari sudut pandang kimia, fosforilasi protein menghasilkan ikatan ester asid fosforik.

Apakah fosforilasi?

Istilah fosforilasi menerangkan pemindahan kumpulan fosfat ke molekul organik - kebanyakannya adalah residu asid amino yang membentuk protein. Fosfat mempunyai struktur tetrahedral yang terbuat dari atom fosforus pusat dan empat atom oksigen terikat di sekitarnya.

Kumpulan fosfat mempunyai cas negatif berganda. Mereka dipindahkan ke molekul organik oleh enzim tertentu, yang disebut kinase. Dengan penggunaan tenaga, ini biasanya mengikat residu fosfat ke kumpulan hidroksil protein, sehingga ester asid fosforik terbentuk. Walau bagaimanapun, proses ini boleh diterbalikkan, iaitu ia boleh dibalikkan, sekali lagi oleh enzim tertentu. Enzim seperti yang memisahkan kumpulan fosfat umumnya disebut sebagai fosfatase.

Kedua-dua kinase dan fosfatase masing-masing mewakili kelas enzim mereka sendiri, yang dapat dibahagikan kepada subkelas selanjutnya mengikut pelbagai kriteria seperti jenis substrat atau mekanisme pengaktifan.

Fungsi & tugas

Peranan penting fosfat, terutamanya polifosfat, dalam organisma adalah bekalan tenaga. Contoh yang paling ketara adalah ATP (adenosine triphosphate), yang merupakan pembawa tenaga utama dalam badan. Oleh itu, simpanan tenaga dalam organisma manusia bermaksud sintesis ATP.

Untuk melakukan ini, residu fosfat harus dipindahkan ke molekul ADP (adenosine diphosphate) sehingga rantaian kumpulan fosfatnya, yang dihubungkan melalui ikatan anhidrida fosfor, diperluas. Molekul yang dihasilkan disebut ATP (adenosin trifosfat). Tenaga yang tersimpan dengan cara ini diperoleh daripada perpecahan ikatan yang diperbaharui, meninggalkan ADP. Fosfat selanjutnya juga dapat dipisahkan, di mana AMP (adenosin monofosfat) terbentuk. Setiap kali fosfat dipisahkan, sel mempunyai lebih daripada 30 kJ per mol tersedia.

Gula juga difosforilasi semasa metabolisme karbohidrat manusia kerana alasan yang bertenaga. Seseorang juga bercakap mengenai "fasa pengumpulan" dan "fasa pemulihan" glikolisis, kerana tenaga dalam bentuk kumpulan fosfat mesti dilaburkan terlebih dahulu dalam bahan permulaan untuk mendapatkan ATP kemudian. Sebagai tambahan, glukosa, misalnya glukosa-6-fosfat, tidak lagi dapat meresap tanpa halangan melalui membran sel dan oleh itu terpaku di dalam sel, di mana ia diperlukan untuk langkah metabolik penting yang lain.

Sebagai tambahan, fosforilasi dan tindak balas terbaliknya, selain penghambatan alosterik dan kompetitif, mewakili mekanisme penentu untuk mengatur aktiviti sel.Dalam kebanyakan kes, protein difosforilasi atau disfosforilasi. Serin asid amino, threonine dan tirosin yang terkandung dalam protein diubahsuai paling kerap, dengan serin terlibat dalam kebanyakan fosforilasi. Dalam kes protein dengan aktiviti enzim, kedua proses dapat menyebabkan pengaktifan dan juga pengaktifan, bergantung pada struktur molekul.

Sebagai alternatif, fosforilasi (de) dengan memindahkan atau membuang cas negatif ganda juga dapat menyebabkan konformasi protein berubah sedemikian rupa sehingga molekul lain tertentu dapat mengikat domain protein yang terjejas atau tidak lagi. Contoh mekanisme ini adalah kelas reseptor yang digabungkan protein-G.

Kedua-dua mekanisme memainkan peranan yang luar biasa dalam penghantaran isyarat di dalam sel dan dalam pengaturan metabolisme sel. Mereka boleh mempengaruhi tingkah laku sel baik secara langsung melalui aktiviti enzim atau secara tidak langsung melalui transkripsi dan terjemahan DNA yang diubah.

Penyakit & penyakit

Sama universal dan mendasar seperti fungsi fosforilasi, akibatnya jika mekanisme reaksi ini terganggu sama-sama bervariasi. Kecacatan atau penghambatan fosforilasi, biasanya dipicu oleh kekurangan protein kina atau kekurangannya, boleh menyebabkan penyakit metabolik, penyakit pada sistem saraf dan otot atau kerosakan organ individu. Sel saraf dan otot sering terjejas terlebih dahulu, yang ditunjukkan dalam gejala neurologi dan kelemahan otot.

Untuk tahap yang kecil, beberapa gangguan kinase atau fosfatase dapat dikompensasikan oleh badan, kerana kadang-kadang terdapat beberapa cara untuk meneruskan isyarat dan dengan itu "titik cacat" dalam rantai isyarat dapat dilewati. Contohnya, protein lain menggantikan protein yang rosak. Kecekapan enzim yang dikurangkan, sebaliknya, dapat dikompensasi dengan hanya meningkatkan pengeluaran.

Toksin dalaman dan luaran serta mutasi genetik adalah kemungkinan penyebab kekurangan atau kerosakan fungsi kinase dan fosfatase.

Sekiranya mutasi seperti itu berlaku dalam DNA mitokondria, terdapat kesan negatif terhadap fosforilasi oksidatif dan oleh itu sintesis ATP, tugas utama organel sel ini. Penyakit mitokondria seperti itu, misalnya, LHON (Leber neuropati keturunan optik), di mana terdapat kehilangan penglihatan yang cepat, kadang-kadang digabungkan dengan aritmia jantung. Penyakit ini diwarisi secara ibu, iaitu secara eksklusif dari ibu, kerana hanya DNA mitokondria yang diturunkan kepada anak, tetapi bukan dari ayah.