phosphorylation

phosphorylation เป็นกระบวนการพื้นฐานของชีวเคมีที่ไม่เพียง แต่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตของมนุษย์ แต่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่มีนิวเคลียสของเซลล์และแบคทีเรีย เป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ในการถ่ายทอดสัญญาณภายในเซลล์และเป็นวิธีสำคัญในการควบคุมพฤติกรรมของเซลล์ โดยส่วนใหญ่ส่วนประกอบของโปรตีนจะถูกฟอสโฟรีเลต์ แต่โมเลกุลอื่น ๆ เช่นน้ำตาลก็สามารถทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นได้เช่นกัน จากมุมมองทางเคมีการฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนจะสร้างพันธะเอสเทอร์ของกรดฟอสฟอริก

phosphorylation คืออะไร?

คำว่า phosphorylation อธิบายถึงการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตไปยังโมเลกุลอินทรีย์ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารตกค้างของกรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีน ฟอสเฟตมีโครงสร้างเตตระฮีดอลซึ่งประกอบด้วยอะตอมของฟอสฟอรัสกลางและสี่อะตอมออกซิเจนที่ล้อมรอบด้วยโควาเลนต์

กลุ่มฟอสเฟตมีประจุลบสองเท่า พวกมันถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลอินทรีย์โดยเอนไซม์เฉพาะเรียกว่าไคเนส ด้วยการใช้พลังงานสิ่งเหล่านี้มักจะจับกากฟอสเฟตกับกลุ่มไฮดรอกซิลของโปรตีนเพื่อให้เกิดเอสเทอร์ของกรดฟอสฟอริก อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้เช่น มันสามารถย้อนกลับได้อีกครั้งโดยเอนไซม์บางชนิด เอนไซม์ดังกล่าวที่แยกกลุ่มฟอสเฟตออกโดยทั่วไปเรียกว่าฟอสฟาเตส

ทั้งไคเนสและฟอสฟาเตสต่างก็เป็นตัวแทนของคลาสเอนไซม์ของตัวเองซึ่งสามารถแบ่งย่อยออกเป็นคลาสย่อยต่อไปตามเกณฑ์ต่างๆเช่นชนิดของสารตั้งต้นหรือกลไกการกระตุ้น

ฟังก์ชันและงาน

บทบาทที่สำคัญของฟอสเฟตโดยเฉพาะอย่างยิ่งโพลีฟอสเฟตในสิ่งมีชีวิตคือการจัดหาพลังงาน ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดคือ ATP (อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต) ซึ่งเป็นตัวพาพลังงานหลักในร่างกาย การกักเก็บพลังงานในสิ่งมีชีวิตของมนุษย์จึงมักหมายถึงการสังเคราะห์ ATP

ในการทำเช่นนี้จะต้องย้ายกากฟอสเฟตไปยังโมเลกุล ADP (adenosine diphosphate) เพื่อให้สายโซ่ของกลุ่มฟอสเฟตซึ่งเชื่อมโยงกันผ่านพันธะฟอสฟอรัสแอนไฮไดรด์ถูกขยายออกไป โมเลกุลที่ได้เรียกว่า ATP (adenosine triphosphate) พลังงานที่จัดเก็บในลักษณะนี้ได้มาจากความแตกแยกที่เกิดขึ้นใหม่ของพันธะโดยทิ้ง ADP ไว้เบื้องหลัง นอกจากนี้ยังสามารถแยกฟอสเฟตเพิ่มเติมได้ด้วยเหตุนี้จึงเกิด AMP (อะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต) ทุกครั้งที่ฟอสเฟตถูกแยกออกเซลล์จะมีมากกว่า 30 กิโลจูลต่อโมล

น้ำตาลยังถูกฟอสโฟรีเลตในกระบวนการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตของมนุษย์ด้วยเหตุผลด้านพลัง นอกจากนี้ยังกล่าวถึง "ระยะการรวบรวม" และ "ระยะการฟื้นตัว" ของไกลโคไลซิสเนื่องจากพลังงานในรูปของกลุ่มฟอสเฟตจะต้องลงทุนในวัสดุเริ่มต้นก่อนเพื่อให้ได้ ATP ในภายหลัง นอกจากนี้กลูโคสเช่นกลูโคส -6- ฟอสเฟตไม่สามารถแพร่กระจายโดยไม่ จำกัด ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อีกต่อไปดังนั้นจึงได้รับการแก้ไขภายในเซลล์ซึ่งจำเป็นสำหรับขั้นตอนการเผาผลาญที่สำคัญอื่น ๆ

นอกจากนี้ฟอสโฟรีเลชันและปฏิกิริยาย้อนกลับนอกเหนือไปจากการยับยั้งอัลโลสเตอริกและการแข่งขันยังเป็นตัวแทนของกลไกชี้ขาดในการควบคุมการทำงานของเซลล์โดยส่วนใหญ่แล้วโปรตีนจะถูกฟอสโฟรีเลต์หรือดิฟอสโฟรีเลต กรดอะมิโนซีรีน ธ รีโอนีนและไทโรซีนที่มีอยู่ในโปรตีนได้รับการดัดแปลงบ่อยที่สุดโดยซีรีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับฟอสโฟรีเลชันส่วนใหญ่อย่างท่วมท้น ในกรณีของโปรตีนที่มีการทำงานของเอนไซม์กระบวนการทั้งสองสามารถนำไปสู่การกระตุ้นและการยับยั้งขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโมเลกุล

อีกวิธีหนึ่งการฟอสโฟรีเลชัน (de) โดยการถ่ายโอนหรือลบประจุลบสองเท่าอาจทำให้โครงสร้างของโปรตีนเปลี่ยนไปในลักษณะที่โมเลกุลอื่น ๆ บางชนิดสามารถจับกับโดเมนโปรตีนที่ได้รับผลกระทบหรือไม่ได้อีกต่อไป ตัวอย่างของกลไกนี้คือคลาสของ G-protein ตัวรับคู่

กลไกทั้งสองมีบทบาทโดดเด่นในการส่งสัญญาณภายในเซลล์และในการควบคุมการเผาผลาญของเซลล์ พวกมันสามารถมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมของเซลล์โดยตรงผ่านกิจกรรมของเอนไซม์หรือทางอ้อมผ่านการถอดความและการแปลดีเอ็นเอที่เปลี่ยนแปลงไป

ความเจ็บป่วยและความเจ็บป่วย

ในฐานะที่เป็นสากลและเป็นพื้นฐานเช่นเดียวกับหน้าที่ของฟอสโฟรีเลชันผลที่ตามมาหากกลไกการเกิดปฏิกิริยานี้ถูกรบกวนก็แตกต่างกันไป ข้อบกพร่องหรือการยับยั้งการฟอสโฟรีเลชันซึ่งมักเกิดจากการขาดไคเนสของโปรตีนหรือความเสียหายอาจนำไปสู่โรคเกี่ยวกับการเผาผลาญโรคของระบบประสาทและกล้ามเนื้อหรือความเสียหายของอวัยวะส่วนบุคคลเป็นต้น เซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อมักได้รับผลกระทบก่อนซึ่งแสดงให้เห็นในอาการทางระบบประสาทและกล้ามเนื้ออ่อนแรง

ในขอบเขตที่ จำกัด ร่างกายสามารถชดเชยความผิดปกติบางอย่างของไคเนสหรือฟอสฟาเตสได้เนื่องจากบางครั้งมีหลายวิธีในการส่งต่อสัญญาณจึงสามารถข้าม "จุดบกพร่อง" ในห่วงโซ่สัญญาณได้ จากนั้นตัวอย่างเช่นโปรตีนอื่นจะแทนที่โปรตีนที่มีข้อบกพร่อง ในทางกลับกันประสิทธิภาพของเอนไซม์ที่ลดลงสามารถชดเชยได้ด้วยการเพิ่มการผลิต

สารพิษภายในและภายนอกตลอดจนการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมเป็นสาเหตุที่อาจเกิดจากการขาดหรือทำงานผิดปกติของไคเนสและฟอสฟาเตส

หากการกลายพันธุ์ดังกล่าวเกิดขึ้นใน DNA ของไมโทคอนเดรียจะมีผลเสียต่อฟอสโฟรีเลชันออกซิเดชันดังนั้นการสังเคราะห์ ATP จึงเป็นงานหลักของออร์แกเนลล์ของเซลล์เหล่านี้ ตัวอย่างเช่นโรคไมโตคอนเดรียเช่น LHON (Leber hereditary optic neuropathy) ซึ่งมีการสูญเสียการมองเห็นอย่างรวดเร็วบางครั้งอาจเกิดร่วมกับภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ โรคนี้สืบทอดมาจากมารดาเช่น จากแม่โดยเฉพาะเนื่องจากมีเพียงดีเอ็นเอไมโตคอนเดรียของเธอเท่านั้นที่ถูกส่งต่อไปยังลูก แต่ไม่ใช่ของพ่อ