Fosforilasi

Itu Fosforilasi adalah proses dasar biokimia yang terjadi tidak hanya di organisme manusia, tetapi di semua makhluk hidup dengan inti sel dan bakteri. Ini adalah bagian tak terpisahkan dari transduksi sinyal intraseluler dan cara penting untuk mengendalikan perilaku sel. Sebagian besar waktu, komponen protein difosforilasi, tetapi molekul lain seperti gula juga dapat berfungsi sebagai substrat. Dari sudut pandang kimiawi, fosforilasi protein menciptakan ikatan ester asam fosfat.

Apa itu fosforilasi?

Istilah fosforilasi menjelaskan transfer gugus fosfat ke molekul organik - sebagian besar adalah residu asam amino yang membentuk protein. Fosfat memiliki struktur tetrahedral yang terdiri dari atom fosfor pusat dan empat atom oksigen di sekitarnya yang terikat secara kovalen.

Gugus fosfat memiliki muatan negatif ganda. Mereka dipindahkan ke molekul organik oleh enzim tertentu, yang disebut kinase. Dengan konsumsi energi, ini biasanya mengikat residu fosfat ke gugus hidroksil protein, sehingga ester asam fosfat terbentuk. Namun, proses ini dapat dibalik, yaitu. itu dapat dibalik, lagi-lagi oleh enzim tertentu. Enzim semacam itu yang memisahkan gugus fosfat umumnya disebut sebagai fosfatase.

Baik kinase dan fosfatase masing-masing mewakili kelas enzimnya sendiri, yang dapat dibagi lagi menjadi subkelas lebih lanjut sesuai dengan berbagai kriteria seperti jenis substrat atau mekanisme aktivasi.

Fungsi & tugas

Peran penting fosfat, terutama polifosfat, dalam organisme adalah penyediaan energi. Contoh paling menonjol dari ini adalah ATP (adenosine triphosphate), yang merupakan pembawa energi utama dalam tubuh. Penyimpanan energi dalam organisme manusia karena itu biasanya berarti sintesis ATP.

Untuk melakukan ini, residu fosfat harus dipindahkan ke molekul ADP (adenosin difosfat) sehingga rantai gugus fosfatnya, yang dihubungkan melalui ikatan anhidrida fosfat, diperpanjang. Molekul yang dihasilkan disebut ATP (adenosine triphosphate). Energi yang disimpan dengan cara ini diperoleh dari pemutusan ikatan yang diperbarui, meninggalkan ADP. Fosfat selanjutnya juga dapat dipisahkan, dimana AMP (adenosine monophosphate) terbentuk. Setiap kali fosfat dipisahkan, sel memiliki lebih dari 30 kJ per mol yang tersedia.

Gula juga terfosforilasi dalam proses metabolisme karbohidrat manusia karena alasan energik. Satu juga berbicara tentang "fase pengumpulan" dan "fase pemulihan" glikolisis, karena energi dalam bentuk gugus fosfat harus diinvestasikan terlebih dahulu dalam bahan awal untuk mendapatkan ATP nanti. Selain itu, glukosa, misalnya glukosa-6-fosfat, tidak dapat lagi berdifusi tanpa hambatan melalui membran sel dan oleh karena itu tetap berada di dalam sel, di mana ia diperlukan untuk langkah-langkah metabolisme penting lainnya.

Selain itu, fosforilasi dan reaksi baliknya, selain penghambatan alosterik dan kompetitif, merupakan mekanisme yang menentukan untuk mengatur aktivitas sel.Dalam banyak kasus, protein difosforilasi atau didefosforilasi. Asam amino serin, treonin dan tirosin yang terkandung dalam protein paling sering dimodifikasi, dengan serin terlibat dalam sebagian besar fosforilasi. Dalam kasus protein dengan aktivitas enzim, kedua proses tersebut dapat menyebabkan aktivasi maupun inaktivasi, tergantung pada struktur molekulnya.

Sebagai alternatif, (de) fosforilasi dengan mentransfer atau menghilangkan muatan negatif ganda juga dapat menyebabkan konformasi protein berubah sedemikian rupa sehingga molekul tertentu lainnya dapat mengikat domain protein yang terpengaruh atau tidak lagi. Contoh dari mekanisme ini adalah kelas reseptor berpasangan G-protein.

Kedua mekanisme tersebut memainkan peran penting dalam transmisi sinyal di dalam sel dan dalam pengaturan metabolisme sel. Mereka dapat mempengaruhi perilaku sel baik secara langsung melalui aktivitas enzim atau secara tidak langsung melalui transkripsi dan translasi DNA yang diubah.

Penyakit & penyakit

Sama universal dan fundamentalnya dengan fungsi fosforilasi, konsekuensi jika mekanisme reaksi ini terganggu sama beragamnya. Cacat atau penghambatan fosforilasi, biasanya dipicu oleh kekurangan protein kinase atau kekurangannya, dapat menyebabkan penyakit metabolik, penyakit pada sistem saraf dan otot atau kerusakan organ individu. Sel saraf dan otot sering terpengaruh pertama kali, yang dimanifestasikan dalam gejala neurologis dan kelemahan otot.

Untuk sebagian kecil, beberapa gangguan pada kinase atau fosfatase dapat dikompensasikan oleh tubuh, karena terkadang ada beberapa cara untuk meneruskan sinyal dan dengan demikian "titik rusak" dalam rantai sinyal dapat dilewati. Kemudian, misalnya, protein lain menggantikan yang rusak. Di sisi lain, efisiensi enzim yang berkurang dapat dikompensasikan dengan hanya meningkatkan produksi.

Racun internal dan eksternal serta mutasi genetik adalah kemungkinan penyebab defisiensi atau kerusakan kinase dan fosfatase.

Jika mutasi seperti itu terjadi pada DNA mitokondria, ada efek negatif pada fosforilasi oksidatif dan dengan demikian sintesis ATP, tugas utama organel sel ini. Penyakit mitokondria semacam itu, misalnya, LHON (Leber hereditary optic neuropathy), di mana ada kehilangan penglihatan yang cepat, kadang-kadang dikombinasikan dengan aritmia jantung. Penyakit ini diturunkan secara maternal, mis. secara eksklusif dari ibu, karena hanya DNA mitokondria yang diteruskan ke anak, tetapi tidak ke ayah.