что такое процесс фосфорилирования
Фосфорилирование
Фосфорилирование — процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфорилирующего агента- донора к субстрату, как правило, катализируемый ферментами и ведущий к образованию эфиров фосфорной кислоты [1] :
АТФ + R-OH 
АДФ + R-OPO3H2
В живых клетках фосфорилирование — один из наиболее распространённых видов посттрансляционной модификации белка. Процессы фосфорилирования и дефосфорилирования различных субстратов являются одними из важнейших биохимических реакций. Они катализируются особыми ферментами, выделяемыми в особый класс киназ, или иначе фосфотрансфераз.
Так, например, фосфорилирование или дефосфорилирование того или иного белка часто регулирует функциональную активность данного белка (усиливает ее или наоборот «выключает» данный белок функционально).
Фосфорилирование также необходимо для получения активных коферментных форм многих витаминов группы B. Например, при двойном фосфорилировании тиамина образуется кокарбоксилаза (кофермент фермента карбоксилазы), при фосфорилировании пиридоксаля (альдегидной формы витамина B6) — пиридоксаль-6-фосфат, являющийся коферментом многих ферментов обмена аминокислот, при фосфорилировании никотинамида (витамина PP) — никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ), являющийся коферментом во многих важнейших окислительно-восстановительных реакциях и т. д.
Также с фосфорилирования гексоз начинается процесс гликолиза. Фосфорилирование АДФ обеспечивает запасание энергии в форме АТФ для ее последующего расходования. И это лишь малая часть реакций фосфорилирования, протекающих в живых клетках.
Фосфорилирование белков
Обратимое фосфорилирование боковых цепей аминокислот — широко распространённый способ регуляции активности ключевых белков клетки, в том числе ферментов и белков сигнальных путей. Считается, что фосфорилированию подвержено около трети всех белков эукариот.
Введение в молекулу белка остатка фосфорной кислоты, как правило, меняет её свойства. Это связано с химической природой фосфатной группы, которая может формировать водородные связи и электростатические взаимодействия с компонентами белковой молекулы. В результате может изменяться пространственная структура белка и, как результат, его активность и способность связываться с другими молекулами.
Фосфорилирование
Из Википедии — свободной энциклопедии
Фосфорилирование — процесс переноса остатка фосфорной кислоты от фосфорилирующего агента-донора к субстрату, как правило, катализируемый ферментами и ведущий к образованию сложных эфиров фосфорной кислоты [1] :
В живых клетках фосфорилирование — один из наиболее распространённых видов посттрансляционной модификации белка. Процессы фосфорилирования и дефосфорилирования различных субстратов являются одними из важнейших биохимических реакций. Они катализируются особыми ферментами, выделяемыми в особый класс киназ, или иначе фосфотрансфераз.
Так, например, фосфорилирование или дефосфорилирование того или иного белка часто регулирует функциональную активность данного белка (усиливает её или наоборот «выключает» данный белок функционально).
Фосфорилирование также необходимо для получения активных коферментных форм многих витаминов группы B. Например, при двойном фосфорилировании тиамина образуется кокарбоксилаза (кофермент фермента карбоксилазы), при фосфорилировании пиридоксаля (альдегидной формы витамина B6) — пиридоксаль-6-фосфат, являющийся коферментом многих ферментов обмена аминокислот, при фосфорилировании никотинамида (витамина PP) — никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), являющийся коферментом во многих важнейших окислительно-восстановительных реакциях и т. д.
Также с фосфорилирования гексоз начинается процесс гликолиза. Фосфорилирование АДФ обеспечивает запасание энергии в форме АТФ для её последующего расходования. И это лишь малая часть реакций фосфорилирования, протекающих в живых клетках.
Что такое фосфорилирование и как оно работает?
Фосфорилирование — это химическое присоединение фосфорильной группы (PO3 — ) к органической молекуле. Удаление фосфорильной группы называется дефосфорилированием. И фосфорилирование, и дефосфорилирование осуществляются ферментами (например, киназами, фосфотрансферазами). Фосфорилирование важно в областях биохимии и молекулярной биологии, потому что это ключевая реакция в функции белков и ферментов, метаболизме сахара, а также хранении и высвобождении энергии.
Цели фосфорилирования
Фосфорилирование играет важную регулирующую роль в клетках. В его функции входят:
Типы фосфорилирования
Многие типы молекул могут подвергаться фосфорилированию и дефосфорилированию. Три наиболее важных типа фосфорилирования — это фосфорилирование глюкозы, фосфорилирование белков и окислительное фосфорилирование.
Фосфорилирование глюкозы
Глюкоза и другие сахара часто фосфорилируются на первом этапе их катаболизма. Например, первая стадия гликолиза D-глюкозы — ее превращение в D-глюкозо-6-фосфат. Глюкоза — это небольшая молекула, которая легко проникает в клетки. Фосфорилирование образует более крупную молекулу, которая не может легко проникнуть в ткань. Итак, фосфорилирование имеет решающее значение для регулирования концентрации глюкозы в крови. Концентрация глюкозы, в свою очередь, напрямую связана с образованием гликогена. Фосфорилирование глюкозы также связано с сердечным ростом.
Фосфорилирование белков
Фебус Левен из Института медицинских исследований Рокфеллера был первым, кто идентифицировал фосфорилированный белок (фосвитин) в 1906 году, но ферментативное фосфорилирование белков не было описано до 1930-х годов.
Фосфорилирование белка происходит, когда фосфорильная группа добавляется к аминокислоте. Обычно аминокислота представляет собой серин, хотя фосфорилирование также происходит по треонину и тирозину у эукариот и гистидину у прокариот. Это реакция этерификации, когда фосфатная группа взаимодействует с гидроксильной (-ОН) группой боковой цепи серина, треонина или тирозина. Фермент протеинкиназа ковалентно связывает фосфатную группу с аминокислотой. Точный механизм несколько отличается у прокариот и эукариот. Наиболее изученными формами фосфорилирования являются посттрансляционные модификации (PTM), что означает, что белки фосфорилируются после трансляции с матрицы РНК. Обратная реакция, дефосфорилирование, катализируется протеинфосфатазами.
Важным примером фосфорилирования белков является фосфорилирование гистонов. У эукариот ДНК связана с гистоновыми белками с образованием хроматина. Фосфорилирование гистонов изменяет структуру хроматина и изменяет его белок-белок и ДНК-белок взаимодействия. Обычно фосфорилирование происходит при повреждении ДНК, открывая пространство вокруг поврежденной ДНК, чтобы механизмы восстановления могли выполнять свою работу.
Помимо важности для репарации ДНК, фосфорилирование белков играет ключевую роль в метаболизме и сигнальных путях.
Окислительное фосфорилирование
Окислительное фосфорилирование — это то, как клетка накапливает и выделяет химическую энергию. В эукариотической клетке реакции происходят внутри митохондрий. Окислительное фосфорилирование состоит из реакций цепи переноса электронов и хемиосмоса. Таким образом, окислительно-восстановительная реакция передает электроны от белков и других молекул по цепи переноса электронов во внутренней мембране митохондрий, высвобождая энергию, которая используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ) при хемиосмосе.
В этом процессе NADH и FADH 2 доставляют электроны в цепь переноса электронов. Электроны переходят от более высокой энергии к более низкой по мере продвижения по цепочке, высвобождая при этом энергию. Часть этой энергии идет на перекачку ионов водорода (H + ) для образования электрохимического градиента. В конце цепочки электроны передаются кислороду, который связывается с H + с образованием воды. Ионы H + поставляют энергию АТФ-синтазе для синтеза АТФ. Когда АТФ дефосфорилируется, отщепление фосфатной группы высвобождает энергию в той форме, которую клетка может использовать.
Аденозин — не единственное основание, которое подвергается фосфорилированию с образованием АМФ, АДФ и АТФ. Например, гуанозин может также образовывать GMP, GDP и GTP.
Обнаружение фосфорилирования
Фосфорилирована ли молекула, можно определить с помощью антител, электрофореза или масс-спектрометрии. Однако идентифицировать и охарактеризовать сайты фосфорилирования сложно. Мечение изотопов часто используется в сочетании с флуоресценцией, электрофорезом и иммуноанализами.
Фосфорилирование
АТФ + R-OH → АДФ + R-OPO3H2В живых клетках фосфорилирование — один из наиболее распространённых видов посттрансляционной модификации белка. Процессы фосфорилирования и дефосфорилирования различных субстратов являются одними из важнейших биохимических реакций. Они катализируются особыми ферментами, выделяемыми в особый класс киназ, или иначе фосфотрансфераз.
Так, например, фосфорилирование или дефосфорилирование того или иного белка часто регулирует функциональную активность данного белка (усиливает её или наоборот «выключает» данный белок функционально).
Фосфорилирование также необходимо для получения активных коферментных форм многих витаминов группы B. Например, при двойном фосфорилировании тиамина образуется кокарбоксилаза (кофермент фермента карбоксилазы), при фосфорилировании пиридоксаля (альдегидной формы витамина B6) — пиридоксаль-6-фосфат, являющийся коферментом многих ферментов обмена аминокислот, при фосфорилировании никотинамида (витамина PP) — никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), являющийся коферментом во многих важнейших окислительно-восстановительных реакциях и т. д.
Также с фосфорилирования гексоз начинается процесс гликолиза. Фосфорилирование АДФ обеспечивает запасание энергии в форме АТФ для её последующего расходования. И это лишь малая часть реакций фосфорилирования, протекающих в живых клетках.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
ГТФазы (англ. GTPases) — большое семейство ферментов гидролаз, которые связывают и гидролизуют гуанозинтрифосфат (GTP). Связывание и гидролиз GTP осуществляются в консервативном G-домене, сходном для всех ГТФаз.
Шаперо́н (англ. chaperones) — класс белка, главная функция которого состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также образование и диссоциация белковых комплексов.
К мембранным белкам относятся белки, которые встроены в клеточную мембрану или мембрану клеточной органеллы или ассоциированы с таковой. Около 25 % всех белков являются мембранными.
Протеа́зы, протеиназы, протеолитические ферменты — ферменты из класса гидролаз, которые расщепляют пептидную связь между аминокислотами в белках. Кроме них, пептидную связь расщепляют также протеасомы.
Нуклеазы — большая группа ферментов, гидролизующих фосфодиэфирную связь между субъединицами нуклеиновых кислот. Различают несколько типов нуклеаз в зависимости от их специфичности: экзонуклеазы и эндонуклеазы, рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, рестриктазы и некоторые другие. Рестриктазы занимают важное положение в прикладной молекулярной биологии.
ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ
замещение атома в молекуле орг. соед. на остаток фосфорной или к.-л. другой фосфорсодержащей к-ты либо их производного (кислого эфира и др.), напр.:
В широком смысле Ф. наз. замещение любого атома или группы атомов на остаток фосфорсодержащей к-ты или введение остатка такой к-ты в молекулу любыми др. способами.
Ф. обычно осуществляется по механизму бимол. нуклеоф. замещения ( N 2) у атома P. Как правило, переходное состояние имеет конформацию тригон. бипирамиды с атомом P в центре.
Фосфорилирующая способность соед. Р(Ш) обычно выше, чем соед. P(V). Так, хлориды Р(Ш) могут гомолитически фосфорилировать углеводороды в присут. окислителей при g-облучении. Известны примеры Ф. спиртов, аминов, тиолов с помощью соед. пятикоординац. P ( фосфоранов).
Замещение в молекуле атома H у атома С на группировку P(O)ClX (X = Cl, Alk, Ar, RO, R 2 N) осуществляют взаимод. орг. соед. с XPCl 2 и O 2 ( окислительное хлорфосфонирование).
Для избирательного Ф. полифункцион. соед. подбирают соответствующий фосфорилирующий агент или условия р-ции, напр.:
Иногда для избирательного Ф. осуществляют предварит. защиту функц. групп, не подлежащих Ф.
Ф. нек-рых важных ферментов приводит к их ингибирова-нию (потери ферментативной активности). Так, многие фос-форорг. соед. (напр., фторангидриды эфиров фосфоновых к-т, и-нитрофениловые эфиры к-т фосфора) способны фосфорилировать холинэстеразы (считают, что Ф. осуществляется по группе ОН остатка серина в активном центре), что приводит к блокаде нервно-мышечной передачи импульсов в вегетативной нервной системе (см. Ацетилхолинэстераза). Фундам. значение для жизнедеятельности всех живых организмов имеет Ф., осуществляемое при обмене в-в, к-рое катализируется ферментами группы фосфотрансфераз. Донорами фосфатной (реже пирофосфатной) группы обычно служат нуклеотиды, среди к-рых главную роль играет АТФ. Ресинтез АТФ в клетке осуществляется гл. обр. при окислительном фосфорилировании (в аэробных условиях), а также при фотосинтезе и гликолизе (в анаэробных условиях).
Ф. широко применяют для синтеза пестицидов, лек. ср-в, экстрагентов, пластификаторов, негорючих пропиток и др.
См. также Абрамова реакция, Арбузова реакция, Кабачника-Филдса реакция, Кирсанова реакция, Клея-Киннера-Перрена реакция, Михаэлиса-Беккера реакция, Перкова реакция, Пищи-муки реакция, Тодда-Атертона реакция, Хорнера реакция.
Лит.: Корбридж Д., Фосфор. Основы химии, биохимии, технологии, пер. с англ., M., 1982, с. 344-80; Hudson R., Green M., «Angew. Chem.», 1963, Bd 75, № 1, S. 47-56; Cox J., Ramsay О., «Chem. Rev.», 1964, v. 64, № 4, p. 317-52. Г. И. Дрозд.