Fosforilação - Phosphorylation

Serina em uma cadeia de aminoácidos, antes e depois da fosforilação.

Em química , a fosforilação de uma molécula é a ligação de um grupo fosforil . Este processo e seu inverso, a desfosforilação , são críticos para muitos processos celulares em biologia . A fosforilação de proteínas é especialmente importante para sua função; por exemplo, essa modificação ativa (ou desativa) quase metade das enzimas presentes na Saccharomyces cerevisiae , regulando assim sua função. Muitas proteínas (entre 1/3 a 2/3 do proteoma nos eucariotos ) são fosforiladas temporariamente, assim como muitos açúcares , lipídios e outras moléculas biologicamente relevantes.

Glicose

A fosforilação de açúcares costuma ser o primeiro estágio de seu catabolismo . A fosforilação permite que as células acumulem açúcares porque o grupo fosfato impede que as moléculas se difundam de volta através de seu transportador. A fosforilação da glicose é uma reação chave no metabolismo do açúcar porque muitos açúcares são primeiro convertidos em glicose antes de serem metabolizados posteriormente.

A equação química para a conversão de D-glicose em D-glicose-6-fosfato na primeira etapa da glicólise é dada por

D-glicose + ATP → D-glicose-6-fosfato + ADP
ΔG ° = −16,7 kJ / mol (° indica medição na condição padrão)

O pesquisador DG Walker, da Universidade de Birmingham, determinou a presença de duas enzimas específicas no fígado de uma cobaia adulta, ambas catalisando a fosforilação da glicose em glicose 6 fosfato. As duas enzimas foram identificadas como uma glucoquinase específica (ATP-D-glucose 6-fosfotransferase) e uma hexoquinase não específica (ATP-D-hexose 6-fosfotransferase).

As células hepáticas são livremente permeáveis ​​à glicose, e a taxa inicial de fosforilação da glicose é a etapa limitante da taxa no metabolismo da glicose pelo fígado (ATP-D-glicose 6-fosfotransferase) e hexoquinase não específica (ATP-D-hexose 6 -fosfotransferase).

O papel da glicose 6-fosfato na glicogênio sintase: A alta concentração de glicose no sangue causa um aumento nos níveis intracelulares de glicose 6 fosfato no fígado, músculo esquelético e tecido adiposo (adiposo). (ATP-D-glucose 6-fosfotransferase) e hexoquinase não específica (ATP-D-hexose 6-fosfotransferase). No fígado , a síntese de glicogênio está diretamente correlacionada com a concentração de glicose no sangue e no músculo esquelético e nos adipócitos , a glicose tem um efeito menor na glicogênio sintase. A glicose elevada no sangue libera insulina, estimulando a localização de transplantes de transportadores específicos de glicose para a membrana celular.

O papel crucial do fígado no controle das concentrações de açúcar no sangue ao quebrar a glicose em dióxido de carbono e glicogênio é caracterizado pelo valor delta G negativo, o que indica que este é um ponto de regulação com. A enzima hexoquinase tem um Km baixo, indicando uma alta afinidade pela glicose, então essa fosforilação inicial pode ocorrer mesmo quando os níveis de glicose estão em escala nanoscópica no sangue.

A fosforilação da glicose pode ser aumentada pela ligação da Frutose-6-fosfato e diminuída pela ligação da Frutose-1-fosfato. A frutose consumida na dieta é convertida em F1P no fígado. Isso anula a ação do F6P na glucoquinase, o que, em última análise, favorece a reação direta. A capacidade das células do fígado de fosforilar a frutose excede a capacidade de metabolizar a frutose-1-fosfato. O consumo de frutose em excesso resulta, em última análise, em um desequilíbrio no metabolismo do fígado, que indiretamente esgota o suprimento de ATP da célula hepática.

A ativação alostérica pela glicose 6 fosfato, que atua como um efetor, estimula a glicogênio sintase, e a glicogênio 6 fosfato pode inibir a fosforilação da glicogênio sintase pela proteína quinase estimulada por AMP cíclico.

A fosforilação da glicose é fundamental nos processos do corpo. Por exemplo, a fosforilação da glicose é necessária para o alvo mecanístico dependente da insulina da atividade da via da rapamicina no coração. Isso sugere ainda uma ligação entre o metabolismo intermediário e o crescimento cardíaco.

Glicolise

A glicólise é um processo essencial de degradação da glicose em duas moléculas de piruvato , por meio de várias etapas, com o auxílio de diferentes enzimas. Ocorre em dez etapas e prova que a fosforilação é uma etapa muito exigida e necessária para a obtenção dos produtos finais. A fosforilação inicia a reação na etapa 1 da etapa preparatória (primeira metade da glicólise) e inicia a etapa 6 da fase de compensação (segunda fase da glicólise).

A glicose, por natureza, é uma pequena molécula com a capacidade de se difundir para dentro e para fora da célula. Ao fosforilar a glicose (adicionando um grupo fosforil para criar um grupo fosfato carregado negativamente ), a glicose é convertida em glicose-6-fosfato e aprisionada dentro da célula conforme a membrana celular é carregada negativamente. Essa reação ocorre devido à enzima hexoquinase, uma enzima que ajuda a fosforilar muitas estruturas em anel de seis membros. A glicose-6-fosfato não pode viajar através da membrana celular e, portanto, é coagida a permanecer dentro da célula. A fosforilação ocorre na etapa 3, onde a frutose-6-fosfato é convertida em frutose-1,6-bifosfato. Esta reação é catalisada pela fosfofrutocinase.

Enquanto a fosforilação é realizada por ATPs durante as etapas preparatórias, a fosforilação durante a fase de compensação é mantida pelo fosfato inorgânico. Cada molécula de gliceraldeído-3-fosfato é fosforilada para formar 1,3-bisfosfoglicerato. Esta reação é catalisada por GAPDH (gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase). O efeito em cascata da fosforilação eventualmente causa instabilidade e permite que as enzimas abram as ligações de carbono na glicose.

A fosforilação funciona como um componente extremamente vital da glicólise, pois auxilia no transporte, controle e eficiência.

Fosforilação de proteínas

A fosforilação de proteínas é considerada a modificação pós-tradução mais abundante em eucariotos. A fosforilação pode ocorrer nas cadeias laterais de serina , treonina e tirosina (frequentemente chamadas de 'resíduos') através da formação de ligações fosfoéster , na histidina , lisina e arginina através de ligações fosforamidato e no ácido aspártico e ácido glutâmico através de ligações de anidrido misto . Evidências recentes confirmam a fosforilação generalizada da histidina nos átomos 1 e 3 N do anel imidazol. Trabalhos recentes demonstram a fosforilação generalizada de proteínas humanas em vários aminoácidos não canônicos, incluindo motivos contendo histidina fosforilada, aspartato, glutamato, cisteína, arginina e lisina em extratos de células HeLa. No entanto, devido à labilidade química desses resíduos fosforilados, e em contraste marcante com a fosforilação de Ser, Thr e Tyr, a análise de histidina fosforilada (e outros aminoácidos não canônicos) usando abordagens bioquímicas e espectrométricas de massa padrão é muito mais desafiadora e procedimentos especiais e técnicas de separação são necessários para a sua preservação juntamente com a fosforilação clássica Ser, Thr e Tyr.

O papel proeminente da fosforilação de proteínas na bioquímica é ilustrado pelo enorme corpo de estudos publicados sobre o assunto (em março de 2015, o banco de dados MEDLINE retornou mais de 240.000 artigos, principalmente sobre fosforilação de proteínas ).

ATP

O ATP , o meio de troca de "alta energia" na célula, é sintetizado na mitocôndria pela adição de um terceiro grupo fosfato ao ADP em um processo conhecido como fosforilação oxidativa . O ATP também é sintetizado por fosforilação em nível de substrato durante a glicólise . O ATP é sintetizado à custa da energia solar por fotofosforilação nos cloroplastos das células vegetais.

Veja também

Referências

links externos