الفسفرة وكيف تعمل

الفسفرة هي الإضافة الكيميائية لمجموعة الفسفوريل (PO3-) إلى العضوية مركب. تسمى إزالة مجموعة الفسفورييل بنزع الفسفوريل. يتم إجراء كل من الفسفرة وإزالة الفسفور بواسطة الانزيمات (على سبيل المثال ، kinases ، phosphotransferases). الفسفور مهم في مجالات الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية لأنه رد فعل رئيسي في وظيفة البروتين والإنزيم ، وأيض السكر ، وتخزين وإطلاق الطاقة.

أغراض الفسفرة

الفسفرة تلعب دورا تنظيميا حاسما في الخلايا. وظائفها تشمل:

  • مهم لتحلل السكر
  • تستخدم للتفاعل البروتين البروتين
  • المستخدمة في تدهور البروتين
  • ينظم تثبيط الانزيم
  • يحافظ على التوازن عن طريق تنظيم التفاعلات الكيميائية التي تتطلب الطاقة

أنواع الفسفرة

يمكن أن تخضع العديد من أنواع الجزيئات للفوسفور وإزالة الفسفرة. ثلاثة من أهم أنواع الفسفرة هي فسفرة الجلوكوز ، فسفرة البروتين ، الفسفرة المؤكسدة.

فسفرة الجلوكوز

الجلوكوز والسكريات الأخرى غالبا ما تتفسفر كخطوة أولى من الهدم. على سبيل المثال ، تتمثل الخطوة الأولى من تحلل سكر الغلوكوز D في تحويله إلى D-glucose-6-phosphate. الجلوكوز هو جزيء صغير يتخلل الخلايا بسهولة. يشكل الفسفور جزيئًا أكبر لا يمكن أن يدخل الأنسجة بسهولة. لذلك ، فسفرة أمر بالغ الأهمية لتنظيم تركيز الجلوكوز في الدم. تركيز الجلوكوز ، بدوره ، يرتبط مباشرة بتكوين الجليكوجين. يرتبط فسفرة الجلوكوز أيضًا بنمو القلب.

فسفرة البروتين

Phoebus Levene في معهد روكفلر للأبحاث الطبية كان أول من عرف أ البروتين الفسفوري (فسفيتين) في عام 1906 ، ولكن لم يتم وصف الفسفرة الأنزيمية للبروتينات حتى 1930s.

يحدث فسفرة البروتين عند إضافة مجموعة الفسفوريل حمض أميني. عادة ما يكون الحمض الأميني سيرينًا ، على الرغم من حدوث الفسفرة أيضًا على ثريونين وتيروزين في حقيقيات النوى والهيستدين في بدائيات النوى. هذا تفاعل استري حيث تتفاعل مجموعة فوسفات مع مجموعة الهيدروكسيل (-OH) من سلسلة جانبية من سلسلة سيرين أو ثريونين أو تيروزين. ويرتبط بروتين الإنزيم كيناز تساهميًا مجموعة الفوسفات بالحمض الأميني. الآلية الدقيقة تختلف إلى حد ما بين بدائيات النوى والنواة. أفضل أشكال دراسة الفسفرة هي تعديلات ما بعد الترجمة (PTM) ، مما يعني أن البروتينات يتم فسفرةها بعد الترجمة من قالب RNA. يتم تحفيز التفاعل العكسي ، إزالة الفسفرة ، بواسطة فسفاتاز البروتين.

مثال هام على الفسفرة البروتينية هو فسفرة هيستون. في حقيقيات النوى ، يرتبط الحمض النووي ببروتينات هيستون الكروماتينية. الفسفرة هيستون يغير هيكل الكروماتين ويغير تفاعلاته بين البروتين والبروتين والحمض النووي. عادة ، يحدث الفسفرة عند تلف الحمض النووي ، مما يفتح مساحة حول الحمض النووي المكسور حتى تتمكن آليات الإصلاح من أداء عملها.

بالإضافة إلى أهميته في إصلاح الحمض النووي، فسفرة البروتين تلعب دورا رئيسيا في عملية التمثيل الغذائي ومسارات الإشارات.

الفسفرة التأكسدية

الفسفرة التأكسدية هي كيف تقوم الخلية بتخزين وإطلاق الطاقة الكيميائية. في خلية حقيقية النواة ، تحدث ردود الفعل داخل الميتوكوندريا. يتكون الفسفرة التأكسدية من تفاعلات سلسلة نقل الإلكترون وتلك من chemiosmosis. باختصار ، يمر تفاعل الأكسدة عبر الإلكترونات من البروتينات والجزيئات الأخرى على طول سلسلة نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، مما يطلق الطاقة المستخدمة لصنع أدينوسين ثلاثي الفوسفات (اعبي التنس المحترفين) في الكيميائي.

في هذه العملية ، NADH و FADH2 توصيل الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون. تنتقل الإلكترونات من طاقة أعلى إلى طاقة أقل أثناء تقدمها على طول السلسلة ، وتطلق الطاقة على طول الطريق. يذهب جزء من هذه الطاقة إلى ضخ أيونات الهيدروجين (H+) لتشكيل التدرج الكهروكيميائي. في نهاية السلسلة ، يتم نقل الإلكترونات إلى الأكسجين ، الذي يرتبط مع H+ لتشكيل الماء. ح+ أيونات توفير الطاقة لسينسيز ATP لتوليف ATP. عندما يتم إزالة ATP من الفوسفات ، فإن تشق مجموعة الفوسفات يطلق الطاقة في شكل يمكن أن تستخدمه الخلية.

الأدينوزين ليس هو القاعدة الوحيدة التي تخضع للفوسفور لتشكيل AMP و ADP و ATP. على سبيل المثال ، قد يشكل الجوانوزين أيضًا GMP و GDP و GTP.

الكشف عن الفسفرة

يمكن اكتشاف ما إذا كان الجزيء قد فسفر أم لا باستخدام الأجسام المضادة ، الكهربائيأو قياس الطيف الكتلي. ومع ذلك ، فإن تحديد وتوصيف مواقع الفسفرة أمر صعب. غالبًا ما يستخدم وضع العلامات للنظائر المشعة معًا ضوئي، الكهربائي ، و immunoays.

المصادر

  • Kresge ، نيكول ؛ سيموني ، روبرت د. هيل ، روبرت ل. (2011-01-21). "عملية الفسفور القابل للعكس: عمل إدموند هـ. فيشر ". مجلة الكيمياء البيولوجية. 286 (3).
  • شارما ، سمية ؛ غوثري ، باتريك إتش. تشان ، سوزان إس. حق سيد Taegtmeyer ، هاينريش (2007-10-01). "مطلوب فسفرة الجلوكوز لإشارة mTOR المعتمدة على الأنسولين في القلب". أبحاث القلب والأوعية الدموية. 76 (1): 71–80.