Che cos'è la fosforilazione e come funziona?

La fosforilazione è l'aggiunta chimica di un gruppo fosforilico (PO₃^-) a una molecola organica. La rimozione di un gruppo fosforilico si chiama defosforilazione. Sia la fosforilazione che la defosforilazione sono eseguite da enzimi (ad es. Chinasi, fosfotransferasi). La fosforilazione è importante nei campi della biochimica e della biologia molecolare perché è una reazione chiave nella funzione delle proteine ​​e degli enzimi, nel metabolismo dello zucchero e nel deposito e rilascio di energia.

Scopi della fosforilazione

La fosforilazione svolge un ruolo regolatore critico nelle cellule. Le sue funzioni includono:

• Importante per la glicolisi
• Utilizzato per l'interazione proteina-proteina
• Utilizzato nella degradazione delle proteine
• Regola l'inibizione degli enzimi
• Mantiene l'omeostasi regolando le reazioni chimiche che richiedono energia

Tipi di fosforilazione

Molti tipi di molecole possono subire fosforilazione e defosforilazione. Tre dei più importanti tipi di fosforilazione sono la fosforilazione del glucosio, la fosforilazione delle proteine ​​e la fosforilazione ossidativa.

Fosforilazione del glucosio

Il glucosio e altri zuccheri sono spesso fosforilati come primo passo del loro catabolismo. Ad esempio, il primo passo della glicolisi del D-glucosio è la sua conversione in D-glucosio-6-fosfato. Il glucosio è una piccola molecola che permea rapidamente le cellule. La fosforilazione forma una molecola più grande che non può facilmente entrare nei tessuti. Quindi, la fosforilazione è fondamentale per regolare la concentrazione di glucosio nel sangue. La concentrazione di glucosio, a sua volta, è direttamente correlata alla formazione di glicogeno. La fosforilazione del glucosio è anche legata alla crescita cardiaca.

Fosforilazione proteica

Phoebus Levene presso il Rockefeller Institute for Medical Research fu il primo a identificare una proteina fosforilata (fosvitina) nel 1906, ma la fosforilazione enzimatica delle proteine ​​non fu descritta fino agli anni '30.

La fosforilazione proteica si verifica quando il gruppo fosforile viene aggiunto a un amminoacido. Di solito, l'amminoacido è serina, sebbene la fosforilazione si verifichi anche su treonina e tirosina negli eucarioti e istidina nei procarioti. Questa è una reazione di esterificazione in cui un gruppo fosfato reagisce con il gruppo idrossile (-OH) di una catena laterale serina, treonina o tirosina. La proteina chinasi enzimatica lega covalentemente un gruppo fosfato all'amminoacido. Il meccanismo preciso differisce in qualche modo tra procarioti ed eucarioti. Le forme di fosforilazione meglio studiate sono le modificazioni post-traduzionali (PTM), il che significa che le proteine ​​vengono fosforilate dopo la traduzione da un modello di RNA. La reazione inversa, la defosforilazione, è catalizzata da fosfatasi proteiche.

Un esempio importante di fosforilazione proteica è la fosforilazione degli istoni. Negli eucarioti, il DNA è associato alle proteine ​​dell'istone per formare la cromatina. La fosforilazione dell'istone modifica la struttura della cromatina e altera le sue interazioni proteina-proteina e DNA-proteina. Di solito, la fosforilazione si verifica quando il DNA è danneggiato, aprendo lo spazio attorno al DNA rotto in modo che i meccanismi di riparazione possano fare il loro lavoro.

Oltre alla sua importanza nella riparazione del DNA, la fosforilazione proteica svolge un ruolo chiave nel metabolismo e nelle vie di segnalazione.

Fosforilazione ossidativa

La fosforilazione ossidativa è il modo in cui una cellula immagazzina e rilascia energia chimica. In una cellula eucariotica, le reazioni si verificano all'interno dei mitocondri. La fosforilazione ossidativa consiste nelle reazioni della catena di trasporto degli elettroni e in quelle della chemiosmosi. In sintesi, la reazione redox fa passare elettroni da proteine ​​e altre molecole lungo la catena di trasporto degli elettroni nella membrana interna dei mitocondri, rilasciando energia che viene utilizzata per produrre adenosina trifosfato (ATP) nella chemiosmosi.

In questo processo, NADH e FADH₂ fornire elettroni alla catena di trasporto degli elettroni. Gli elettroni si spostano da un'energia superiore a un'energia inferiore mentre avanzano lungo la catena, rilasciando energia lungo la strada. Parte di questa energia va al pompaggio di ioni idrogeno (H⁺) per formare un gradiente elettrochimico. Alla fine della catena, gli elettroni vengono trasferiti all'ossigeno, che si lega a H⁺ per formare l'acqua. H⁺ gli ioni forniscono l'energia per l'ATP sintasi per sintetizzare l'ATP. Quando l'ATP viene defosforilato, scindendo il gruppo fosfato rilascia energia in una forma che la cellula può usare.

L'adenosina non è l'unica base che subisce la fosforilazione per formare AMP, ADP e ATP. Ad esempio, la guanosina può anche formare GMP, PIL e GTP.

Rilevazione della fosforilazione

Se una molecola è stata o meno fosforilata può essere rilevata usando anticorpi, elettroforesi o spettrometria di massa. Tuttavia, è difficile identificare e caratterizzare i siti di fosforilazione. L'etichettatura degli isotopi viene spesso utilizzata, in combinazione con fluorescenza, elettroforesi e test immunologici.

fonti

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D .; Hill, Robert L. (21-01-2011). "Il processo di fosforilazione reversibile: l'opera di Edmond H. Fischer". Journal of Biological Chemistry. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H .; Chan, Suzanne S .; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "È richiesta la fosforilazione del glucosio per la segnalazione mTOR insulino-dipendente nel cuore". Ricerca cardiovascolare. 76 (1): 71-80.