Che cos’è la fosforilazione e come funziona?

La fosforilazione è l’aggiunta chimica di un gruppo fosforile (PO3-) a una molecola organica. La rimozione di un gruppo fosforilico è chiamata defosforilazione. Sia la fosforilazione che la defosforilazione sono effettuate da enzimi (p. 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 degli zuccheri e nell’immagazzinamento 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 enzimatica
  • Mantiene l’omeostasi regolando le reazioni chimiche che richiedono energia

Tipi di fosforilazione

Molti tipi di molecole possono subire fosforilazione e defosforilazione. Tre dei tipi più importanti 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 passaggio della glicolisi del D-glucosio è la sua conversione in D-glucosio-6-fosfato. Il glucosio è una piccola molecola che penetra facilmente nelle cellule. La fosforilazione forma una molecola più grande che non può entrare facilmente 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 collegata alla crescita cardiaca.

Fosforilazione delle proteine

Phoebus Levene del 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 ‘1930.

La fosforilazione delle proteine ​​si verifica quando il gruppo fosforile viene aggiunto a un amminoacido. Di solito, l’amminoacido è la serina, sebbene la fosforilazione si verifichi anche sulla treonina e sulla tirosina negli eucarioti e sull’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. L’enzima protein chinasi 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 modifiche post-traduzionali (PTM), il che significa che le proteine ​​sono fosforilate dopo la traduzione da un modello di RNA. La reazione inversa, defosforilazione, è catalizzata dalle fosfatasi proteiche.

Un importante esempio di fosforilazione delle proteine ​​è la fosforilazione degli istoni. Negli eucarioti, il DNA è associato alle proteine ​​istoniche per formare la cromatina. La fosforilazione istonica 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 intorno 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 delle proteine ​​gioca 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 è costituita dalle reazioni della catena di trasporto degli elettroni e da quelle della chemiosmosi. In sintesi, la reazione redox trasmette 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 forniscono elettroni alla catena di trasporto degli elettroni. Gli elettroni si spostano da energia più alta a energia più bassa mentre progrediscono lungo la catena, rilasciando energia lungo il percorso. 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 con H + per formare l’acqua. Gli ioni H + forniscono l’energia per l’ATP sintetasi per sintetizzare l’ATP. Quando l’ATP viene defosforilato, la scissione del gruppo fosfato rilascia energia in una forma che la cellula può utilizzare.

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, GDP e GTP.

Rilevamento della fosforilazione

Se una molecola è stata fosforilata o meno può essere rilevata utilizzando anticorpi, elettroforesi o spettrometria di massa. Tuttavia, l’identificazione e la caratterizzazione dei siti di fosforilazione è difficile. L’etichettatura degli isotopi viene spesso utilizzata, insieme a fluorescenza, elettroforesi e analisi immunologiche.

fonti

  • Kresge, Nicole; Simoni, Robert D .; Hill, Robert L. (2011-01-21). “Il processo di fosforilazione reversibile: il lavoro di Edmond H. Fischer”. Giornale di chimica biologica. 286 (3).
  • Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H .; Chan, Suzanne S .; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). “La fosforilazione del glucosio è necessaria per la segnalazione mTOR insulino-dipendente nel cuore”. Ricerca cardiovascolare. 76 (1): 71–80.