Fosforüülimine ja kuidas see töötab

Fosforüülimine on fosforüülrühma (PO₃^-) orgaaniliseks molekul. Fosforüülrühma eemaldamist nimetatakse fosforüülimiseks. Nii fosforüülimine kui ka defosforüülimine viiakse läbi ensüümide poolt (nt kinaasid, fosfotransferaasid). Fosforüülimine on oluline biokeemia ja molekulaarbioloogia valdkonnas, kuna see on võtmereaktsioon valkude ja ensüümide funktsioneerimisel, suhkru metabolismil ning energia salvestamisel ja vabastamisel.

Fosforüülimisel on kriitiline regulatiivne roll rakud. Selle funktsioonide hulka kuuluvad:

• Tähtis glükolüüsi jaoks
• Kasutatakse valkude-valkude interaktsiooniks
• Kasutatakse valkude lagundamisel
• Reguleerib ensüümi pärssimist
• Säilitab homöostaasi, reguleerides energiat vajavaid keemilisi reaktsioone

Paljud molekuliliigid võivad fosforüülida ja defosforüleeruda. Kolm kõige olulisemat fosforüülimise tüüpi on glükoosi fosforüülimine, valgu fosforüülimine ja oksüdatiivne fosforüülimine.

Glükoos ja muud suhkrud fosforüülitakse sageli nende esimese sammuna

Phoebus Levene Rockefelleri meditsiiniliste uuringute instituudis tuvastas esimesena a fosforüleeritud valk (fosvitiin) 1906. aastal, kuid valkude ensümaatilist fosforüülimist ei kirjeldatud aastani 1930.

Valgu fosforüülimine toimub fosforüülrühma lisamisel aminohape. Tavaliselt on aminohappeks seriin, ehkki fosforüülimine toimub ka treoniinil ja türosiinil eukarüootides ja histidiinil prokarüootides. See on esterdamisreaktsioon, kus fosfaatrühm reageerib seriini, treoniini või türosiini külgahela hüdroksüülrühmaga (-OH). Ensüümi proteiinkinaas seob fosfaatrühma kovalentselt aminohappega. Täpne mehhanism erineb mõnevõrra prokarüootid ja eukarüootid. Fosforüülimise kõige paremini uuritud vormid on translatsioonijärgsed modifikatsioonid (PTM), mis tähendab, et valgud fosforüülitakse pärast RNA matriitsilt translatsiooni. Pöördreaktsiooni, fosforüülimist, katalüüsivad valgu fosfataasid.

Valkude fosforüülimise oluline näide on histoonide fosforüülimine. Eukarüootides seotakse DNA moodustamiseks histooni valkudega kromatiin. Histooni fosforüülimine muudab kromatiini struktuuri ja muudab selle valkude-valkude ja DNA-valkude vastasmõjusid. Tavaliselt toimub fosforüleerimine siis, kui DNA on kahjustatud, avades katkise DNA ümber ruumi, et parandusmehhanismid saaksid oma tööd teha.

Lisaks olulisusele ka DNA parandamine, mängib valkude fosforüülimine võtmerolli ainevahetuse ja signaali ülekandumise radades.

Oksüdatiivne fosforüülimine on see, kuidas rakk talletab ja eraldab keemilist energiat. Eukarüootses rakus toimuvad reaktsioonid mitokondrites. Oksüdatiivne fosforüülimine koosneb elektronide transpordiahel ja kemioosmoosi omad. Kokkuvõtlikult võib öelda, et redoksreaktsioon läbib mitokondrite sisemembraanis valkude ja teiste molekulide elektronide kaudu elektronide transpordiahelat, vabastades energiat, mida kasutatakse adenosiintrifosfaat (ATP) kemioosmoosis.

Selles protsessis NADH ja FADH₂ toimetage elektronid elektronide transpordiahelasse. Elektronid liiguvad ahelas liikudes kõrgemast energiast madalamale energiale, vabastades energiat kogu tee vältel. Osa sellest energiast läheb vesinikuioonide (H⁺), et moodustada elektrokeemiline gradient. Ahela lõpus kantakse elektronid hapnikusse, mis seostub H-ga⁺ vett moodustama. H⁺ ioonid varustavad energiat ATP süntaasi jaoks sünteesida ATP. Kui ATP on fosforüülitud, vabastab fosfaatrühma lõhustamine energiat sellisel kujul, mida rakk saab kasutada.

Adenosiin pole ainus alus, mis läbib fosforüülimist, moodustades AMP, ADP ja ATP. Näiteks võib guanosiin moodustada ka hea tootmistava, SKP ja GTP.

Antikehade abil saab tuvastada, kas molekuli on fosforüülitud või mitte, elektroforeesvõi massispektromeetria. Fosforüülimiskohtade tuvastamine ja iseloomustamine on aga keeruline. Isotoopide märgistamist kasutatakse sageli koos fluorestsents, elektroforees ja immuunanalüüsid.

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L (2011-01-21). "Pööratava fosforüülimise protsess: Edmond H töö Fischer ". Bioloogilise keemia ajakiri. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Südame insuliinist sõltuva mTOR-i signaaliülekande jaoks on vajalik glükoosfosforüülimine". Kardiovaskulaarsed uuringud. 76 (1): 71–80.