Fosforilasyon, bir fosforil grubunun bir organik moleküle bağlanması ve fosforil grubunun çıkarılmasına defosforilasyon denir. Hem fosforilasyon hem de fosforilasyon, enzimler (örneğin, kinazlar, fosfotransferazlar) tarafından gerçekleştirilir. Fosforilasyon, moleküler kimya ve biyokimyada önemlidir çünkü enzim ve protein fonksiyonu, enerji depolama ve şeker metabolizması ve salınımı arasında önemli bir etkileşimdir.
Esas olarak serin, treonin veya tirozin kalıntıları üzerindeki geri dönüşümlü protein fosforilasyonu, en önemli ve iyi çalışılmış translasyon sonrası değişikliklerden biridir. Fosforilasyon, hücre döngüsü, büyüme, apoptoz ve sinyal iletim yolları dahil olmak üzere birçok hücresel sürecin düzenlenmesinde önemli roller oynar.
Fosforilasyon mekanizması, sinyalleri hücre boyunca ileten ve aynı zamanda protein fonksiyonunu düzenleyen en iyi bilinen mekanizmadır. Fosforilasyon bakteriyel proteinlerde görülürken ökaryotik hücrelerde daha yaygındır. İnsan proteomundaki proteinlerin üçte birinin bir noktada fosforilasyon için substrat olduğu tahmin edilmektedir. Aslında, fosfoproteomik, yalnızca fosforlanmış proteinlerin tanımlanmasına ve karakterizasyonuna odaklanan bir proteomik dalı olarak kurulmuştur.
İçindekiler
fosforilasyon mekanizması
Fosforilasyon, protein fonksiyonunu düzenlemek için yaygın bir translasyon sonrası modifikasyon (PTM) olmasına rağmen, ökaryotik hücrelerde yalnızca üç amino asit, serin (serin), treonin ve tirozin yan zincirleri oluşur. Bu amino asitlerin terminal fosfat grubu (P03 2-global fosforilant adenosin trifosfat (ATP)) üzerinde bir nükleofilik (-OH) grubu içerdiği saldırılar, fosfat grubunun amino asit yan zincirine transferine yol açar. Bu taşıma magnezyum (Mg 2+) ile kolaylaştırılır. Bir fosforilin bir nükleofilik (-OH) gruba transfer eşiğini düşürmek için fosfat gruplarının şelatörüdür. Bu reaksiyon, ATP’deki fosfat-fosfat bağı kırılarak adenozin difosfat (ADP) oluşturduğunda açığa çıkan büyük miktarda serbest enerji nedeniyle tek yönlüdür.
Serin fosforilasyonunun şeması, (-OH) grubunun serin üzerindeki enzim katalizli proton transferi, bir fosfat grubunun ATP üzerindeki nükleofilik saldırısını katalize eder, bu da bir fosfat grubunun serine transferiyle fosfoserin ve ADP ve (–B) oluşmasına neden olur. Proton transferini başlatan enzimin bazı. Büyük bir protein alt kümesi için fosforilasyon, protein aktivitesi ile yakından ilişkilidir ve protein fonksiyonunu düzenlemenin anahtarıdır. Fosforilasyon, fosforile edilmiş proteinde konformasyonel değişiklikleri indükleyerek hücre sinyalini ve protein fonksiyonunu düzenler. Bu değişiklikler proteini iki şekilde etkileyebilir.
İlk olarak, konformasyonel değişiklikler proteinin katalitik aktivitesini düzenler. Böylece, protein fosforilasyon ile aktive edilebilir veya inaktive edilebilir. İkincisi, fosforlanmış proteinler, fosfomotifi tanıyan ve ona bağlanan yapısal olarak korunmuş alanlara sahip komşu proteinleri toplar. Bu alanlar, çeşitli amino asitler için özgüllük gösterir. Örneğin, Src homoloji 2 (SH2) ve fosfotirozin bağlama (PTB) alanları, fosfotirozin (pY) için özgüllük gösterir, ancak bu iki yapıdaki farklılıklar her bir alana farklı fosfotirozin biçimleri için özgüllük verir. Fosfoserin (pS) için tanıma bölgeleri, MH2 ve WW alanını içerirken, fosfotreonin (pT) tanıma, forkhead-associated domains (FHA) yoluyla yapılır. Fosforile edilmiş proteinlerin diğer proteinleri toplama yeteneği, fosforile edilmiş sinyal proteinlerinin akış aşağısındaki efektör proteinler işe alındığından, sinyal iletimi için kritik öneme sahiptir.
Protein fosforilasyonu, sırasıyla fosforile ve fosforile substratlar olan kinazlar ve fosfatazların aracılık ettiği geri dönüşümlü bir PTM’dir. Bu iki enzim sınıfı, hücredeki fosforlanmış proteinlerin dinamik doğasını kolaylaştırır. Aslında, belirli bir hücredeki fosforile protein miktarı, hücredeki kinaz ve fosfataz konsantrasyonlarının zamansal ve mekansal dengesine ve belirli bir fosforilasyon bölgesinin katalitik etkinliğine bağlıdır.
fosforilasyon amaçları
Fosforilasyon, hücrelerde önemli bir düzenleyici rol oynar. İşlevleri şunları içerir:
• Glikoliz için önemlidir
• Protein-protein etkileşimi için kullanılır
• Protein hidrolizinde kullanılır.
• Enzim inhibisyonunu düzenler
• Enerji gerektiren kimyasal reaksiyonları düzenleyerek dengeyi sağlar.
fosforilasyon türleri
Birçok molekül türü fosforilasyona uğrayabilir. En önemli fosforilasyon tiplerinden üçü protein fosforilasyonu, oksidatif fosforilasyon ve glukoz fosforilasyonudur.
glikoz fosforilasyonu
Glikoz ve diğer şekerler genellikle katabolizmalarının ilk adımı olarak fosforile edilir. Örneğin, D-glukozun parçalanmasındaki ilk adım, onu D-glukoz-6-fosfata dönüştürmektir. Glikoz, hücrelere kolayca nüfuz eden küçük bir moleküldür. Fosforilasyon, dokulara kolayca nüfuz edemeyen daha büyük bir molekülle sonuçlanır. Bu nedenle, fosforilasyon, kan glukoz konsantrasyonunu düzenlemek için önemlidir ve glukoz konsantrasyonu, glikojen oluşumu ile doğrudan ilişkilidir. Ek olarak, glukoz fosforilasyonu kardiyak hipertrofi ile ilişkilidir.
protein fosforilasyonu
Rockefeller Tıbbi Araştırma Enstitüsü’nden Phoebus Levene, 1906’da fosforlanmış bir proteini (fosvitin) tanımlayan ilk kişiydi. Proteinlerin enzimatik fosforilasyonu 930’lara kadar tanımlanmamıştı. Protein fosforilasyonu, bir amino aside bir fosforil grubu eklendiğinde de meydana gelir. Amino asit genellikle serindir, ancak ökaryotlarda treonin ve tirozin üzerinde ve prokaryotlarda histidin üzerinde de fosforilasyon meydana gelir.
Bu, bir fosfat grubunun yeni bir yan zincir olan treonin veya tirozinin hidroksil grubu (-OH) ile reaksiyona girdiği bir esterleşme reaksiyonudur. Bir protein kinaz enzimi, bir fosfat grubunu bir amino aside kovalent olarak bağlar. Kesin mekanizma, prokaryotlar ve ökaryotlar arasında çok az farklılık gösterir. Fosforilasyonun en iyi çalışılan biçimleri, post-translasyonel modifikasyonlardır (PTM), yani proteinler, bir RNA şablonundan translasyondan sonra fosforile edilir. Ters reaksiyon, fosforilasyon, protein fosfataz tarafından katalize edilir.
Protein fosforilasyonunun önemli bir örneği, histonların fosforilasyonudur. Ökaryotlarda DNA, kromatin oluşturmak için histon proteinlerine bağlanır. Histon fosforilasyonu, kromatinin yapısını değiştirir ve protein-protein, DNA-protein etkileşimlerini değiştirir. Normalde fosforilasyon, DNA hasar gördüğünde meydana gelir ve kırık DNA’nın etrafında onarım mekanizmalarının işlerini yapabilmesi için boşluk yaratır. Protein fosforilasyonu, DNA onarımındaki önemine ek olarak, metabolizma ve sinyal yollarında önemli bir rol oynar.
Oksidatif fosforilasyon
Oksidatif fosforilasyon, bir hücre kimyasal enerjiyi depolayıp serbest bıraktığında meydana gelir. Ökaryotik hücrede, reaksiyonlar mitokondri içinde gerçekleşir. Oksidatif fosforilasyon, kemotaksis ve elektron taşıma zinciri reaksiyonlarından oluşur. Kısaca, bir redoks reaksiyonu, iç mitokondriyal zardaki elektron taşıma zinciri boyunca proteinlerden ve diğer moleküllerden elektronları geçirerek kemotaksiste adenozin trifosfat (ATP) yapmak için kullanılan enerjiyi serbest bırakır.
Bu süreçte NADH ve FADH 2 elektronları elektron taşıma zincirine aktarır. Elektronlar zincir boyunca hareket ettikçe, daha yüksek bir enerjiden daha düşük bir enerjiye geçerek yol boyunca enerji salarlar. Bu enerjinin bir kısmı, elektrokimyasal bir gradyan oluşturmak için hidrojen iyonlarını (H+) dışarı pompalamaya gider. Zincirin sonunda elektronlar, su oluşturmak üzere H+’a bağlanan oksijene aktarılır. H+ iyonları ATP sentezi için enerji açığa çıkarır ve ATP fosforile edildiğinde fosfat grubunun çıkarılması hücrenin kullanabileceği biçimde enerji açığa çıkarır. Adenozin, fosforun ATP, AMP ve ADP oluşturmasına neden olan tek baz değildir. Örneğin, guanosin GMP, GDP ve GTP’yi de oluşturabilir.
fosforilasyon tespiti
Bir molekülün fosforile olup olmadığı, antikorlar, elektroforez veya kütle spektrometresi kullanılarak tespit edilebilir. Bununla birlikte, fosforilasyon bölgelerinin tanımlanması ve karakterizasyonu zordur. İzotop etiketleme genellikle floresan, elektroforez ve immünolojik testler ile birlikte kullanılır.
Fosforilasyonun genel olarak biyolojik süreçler üzerindeki etkisi nedeniyle, insan hastalıkları bağlamında protein fosforilasyonunun biyolojik rolünün anlaşılmasına çok önem verilmiştir. Küçük ölçekli protein fosforilasyonu, az sayıda proteinin aktivitesini incelemek için yaygın olarak yapılırken, tüm protein ailelerinin küresel fosforilasyon dinamiklerini anlamak için fosfoproteomik analizler giderek daha fazla kullanılmaktadır. Protein fosforilasyonunu incelemeye yönelik mevcut yaklaşımlar arasında immün saptama, fosfoprotein veya fosfopeptit zenginleştirme, kinaz aktivite deneyleri ve kütle spektrometrisi yer alır. Fosfatazların fosfoproteinlerin tespiti üzerindeki zararlı etkisi nedeniyle, birçok fosfodiester tespit stratejisinde hücre çözeltilerine yaygın olarak geniş spektrumlu fosfataz inhibitörleri eklenir.
kaynak:
https://www.thermofisher.com/tr/en/home/life-science/protein-biology/protein-biology-learning-center/protein-biology-resource-library/pierce-protein
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]