Fosforilação e como funciona

A fosforilação é a adição química de um grupo fosforil (PO₃^-) a um orgânico molécula. A remoção de um grupo fosforil é denominada desfosforilação. A fosforilação e a desfosforilação são realizadas por enzimas (por exemplo, cinases, fosfotransferases). A fosforilação é importante nos campos da bioquímica e da biologia molecular porque é uma reação fundamental na função de proteínas e enzimas, metabolismo do açúcar e armazenamento e liberação de energia.

A fosforilação desempenha um papel regulador crítico na células. Suas funções incluem:

• Importante para a glicólise
• Usado para interação proteína-proteína
• Usado na degradação de proteínas
• Regula a inibição enzimática
• Mantém a homeostase regulando reações químicas que requerem energia

Muitos tipos de moléculas podem sofrer fosforilação e desfosforilação. Três dos tipos mais importantes de fosforilação são a fosforilação da glicose, a fosforilação de proteínas e a fosforilação oxidativa.

Glicose e outros açúcares são frequentemente fosforilados como o primeiro passo de sua catabolismo. Por exemplo, o primeiro passo da glicólise da D-glicose é sua conversão em D-glicose-6-fosfato. A glicose é uma molécula pequena que permeia facilmente as células. A fosforilação forma uma molécula maior que não pode entrar facilmente no tecido. Portanto, a fosforilação é fundamental para regular a concentração de glicose no sangue. A concentração de glicose, por sua vez, está diretamente relacionada à formação de glicogênio. A fosforilação da glicose também está ligada ao crescimento cardíaco.

Phoebus Levene, do Instituto Rockefeller de Pesquisa Médica, foi o primeiro a identificar um proteína fosforilada (fosvitina) em 1906, mas a fosforilação enzimática de proteínas não foi descrita até a década de 1930.

A fosforilação de proteínas ocorre quando o grupo fosforil é adicionado a um aminoácido. Geralmente, o aminoácido é serina, embora a fosforilação também ocorra na treonina e tirosina nos eucariotos e histidina nos procariotas. Esta é uma reação de esterificação em que um grupo fosfato reage com o grupo hidroxil (-OH) de uma cadeia lateral serina, treonina ou tirosina. A enzima proteína cinase liga covalentemente um grupo fosfato ao aminoácido. O mecanismo preciso difere um pouco entre procariontes e eucariotos. As formas de fosforilação mais bem estudadas são as modificações pós-tradução (PTM), o que significa que as proteínas são fosforiladas após a tradução de um modelo de RNA. A reação reversa, a desfosforilação, é catalisada pelas proteínas fosfatases.

Um exemplo importante de fosforilação de proteínas é a fosforilação de histonas. Nos eucariotos, o DNA está associado a proteínas histonas para formar cromatina. A fosforilação da histona modifica a estrutura da cromatina e altera suas interações proteína-proteína e DNA-proteína. Geralmente, a fosforilação ocorre quando o DNA é danificado, abrindo espaço ao redor do DNA quebrado para que os mecanismos de reparo possam fazer seu trabalho.

Além de sua importância em Reparo de DNA, a fosforilação de proteínas desempenha um papel fundamental nas vias de metabolismo e sinalização.

A fosforilação oxidativa é como uma célula armazena e libera energia química. Em uma célula eucariótica, as reações ocorrem dentro das mitocôndrias. A fosforilação oxidativa consiste nas reações de a cadeia de transporte de elétrons e os da quimiosmose. Em resumo, a reação redox passa elétrons de proteínas e outras moléculas ao longo da cadeia de transporte de elétrons na membrana interna das mitocôndrias, liberando energia que é usada para produzir trifosfato de adenosina (ATP) na quimiosmose.

Nesse processo, NADH e FADH₂ entregar elétrons à cadeia de transporte de elétrons. Os elétrons passam de energia mais alta para energia mais baixa à medida que progridem ao longo da cadeia, liberando energia ao longo do caminho. Parte dessa energia é destinada ao bombeamento de íons hidrogênio (H⁺) para formar um gradiente eletroquímico. No final da cadeia, os elétrons são transferidos para o oxigênio, que se liga ao H⁺ para formar água. H⁺ os íons fornecem energia para a ATP sintase sintetizar ATP. Quando o ATP é desfosforilado, a clivagem do grupo fosfato libera energia de uma forma que a célula pode usar.

A adenosina não é a única base que sofre fosforilação para formar AMP, ADP e ATP. Por exemplo, a guanosina também pode formar GMP, GDP e GTP.

Se uma molécula foi fosforilada ou não pode ser detectada usando anticorpos, eletroforeseou espectrometria de massa. No entanto, é difícil identificar e caracterizar os locais de fosforilação. A rotulagem isotópica é freqüentemente usada, em conjunto com fluorescência, eletroforese e imunoensaios.

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "O processo de fosforilação reversível: o trabalho de Edmond H. Fischer ". Jornal de Química Biológica. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (01/10/2007). "A fosforilação da glicose é necessária para a sinalização mTOR dependente de insulina no coração". Pesquisa Cardiovascular. 76 (1): 71–80.