Fosforüülimine on biokeemia põhiprotsess, mis toimub mitte ainult inimorganismis, vaid kõigis tuuma ja bakterid. See on rakusisese signaaliülekande hädavajalik komponent ja oluline viis rakkude käitumise kontrollimiseks. Enamasti komponendid valgud on fosforüülitud, kuid muud molekulid näiteks suhkrud võivad olla ka substraadid. Vaatluse keemilisel tasemel fosforüülitakse valgud tulemuseks on a fosforhappe ester võlakiri.
Mis on fosforüülimine?
Fosforüülimine on biokeemia põhiprotsess, mis toimub inimese organismis. Fosforüülimine annab rakule energiat. Termin fosforüülimine viitab fosforüülimisele fosfaat rühmad orgaaniliseks molekulid - tavaliselt need aminohappejäägid moodustavad valgud. Fosfaatidel on tetraeedriline struktuur, mis koosneb tsentraalsest aatomist fosfor ja neli ümbritsevat kovalentselt seotud hapnik aatomid. Fosfaat rühmadel on topelt negatiivne laeng. Nende ülekanne orgaanilisse molekuli toimub spetsiifiliste kaudu ensüümide, nn kinaasid. Energiat tarbides seovad need tavaliselt fosfaat jääk valgu hüdroksürühmaks, moodustades a fosforhappe ester. See protsess on aga pöörduv, st seda saab tagasi pöörata, jälle kindel ensüümide. Sellised ensüümide, mis eraldavad fosfaadigeuppi, nimetatakse tavaliselt fosfataasideks. Nii kinaasid kui ka fosfataasid esindavad kumbki erinevat ensüümide klassi, mida saab edasi jagada alamklassidesse vastavalt erinevatele kriteeriumidele, nagu substraadi olemus või aktivatsioonimehhanism.
Funktsioon ja ülesanne
Fosfaatide, eriti polüfosfaatide, oluline roll organismis on energiaga varustamine. Kõige silmapaistvam näide on ATP (adenosiin trifosfaat), mida peetakse keha peamiseks energia edastajaks. Seetõttu tähendab energia salvestamine inimese organismis tavaliselt ATP sünteesi. Selleks tuleb fosfaadijääk viia ADP molekulile (adenosiin difosfaat) nii, et selle fosfaatanhüdriidsidemetega seotud fosfaatrühmade ahel laieneks. Saadud molekuli nimetatakse ATP-ks (adenosiin trifosfaat). Sel viisil salvestatud energia saadakse sideme uuest lõhustamisest, jättes maha ADP. Võimalik on ka teise fosfaadi lõhustamine, moodustades AMP (adenosiinmonofosfaat). Iga fosfaadi lõhustamine teeb rakule kättesaadavaks rohkem kui 30 kJ mooli kohta. Inimeste süsivesikute ainevahetuse käigus fosforüülitakse energiasäästlikult ka suhkruid. Glükolüüsi nimetatakse ka „kogumisfaasiks“ ja „võimendusfaasiks“, kuna fosfaatrühmade kujul olev energia tuleb kõigepealt investeerida lähteainetesse, et saada järgnevat ATP-d. Lisaks, glükoosnäiteks glükoos-6-fosfaadina ei saa enam selle kaudu takistamatult hajuda rakumembraan ja on seega fikseeritud raku sees, kus see on vajalik edasiste oluliste ainevahetusetappide jaoks. Lisaks on fosforüülimised ja nende pöördreaktsioonid koos allosteerilise ja konkureeriva inhibeerimisega rakkude aktiivsuse reguleerimise otsustava tähtsusega mehhanismid. Selles protsessis valgud fosforüülitakse või defosforüülitakse enamasti. The aminohapped kõige sagedamini modifitseeritakse seriin, treoniin ja türosiin, mis esinevad valkudes, kusjuures seriin on seotud valdavas enamuses fosforüülimistest. Ensüümaktiivsusega valkude puhul saavad mõlemad protsessid viima aktivatsiooni või inaktiveerimiseni, sõltuvalt molekuli struktuurist. Alternatiivina võib ka (de) fosforüülida topeltnegatiivse laengu ülekandmise või eemaldamise teel viima valgu konformatsiooni muutumisele nii, et teatud muud molekulid võib seonduda mõjutatud valgu domeenidega või lihtsalt mitte. Selle mehhanismi näiteks on G-valguga seotud retseptorite klass. Mõlemad mehhanismid mängivad olulist rolli rakusiseses signaaliülekandes ja raku metabolismi reguleerimises. Need võivad raku käitumist mõjutada kas otse ensüümi aktiivsuse kaudu või kaudselt, muudetud DNA transkriptsiooni ja translatsiooni kaudu.
Haigused ja vaevused
Nii universaalsed kui fundamentaalsed kui fosforüülimiste funktsioonid on, on selle reaktsioonimehhanismi rikkumise tagajärjed mitmed. Fosforüülimise defekt või pärssimine, mis on tavaliselt põhjustatud valgukinaaside puudusest või nende defektsusest, võib viima metaboolsete haiguste, närvisüsteem ja lihased või üksikute organite kahjustused. Esiteks mõjutavad sageli närvi- ja lihasrakke, mis avaldub neuroloogiliste sümptomite ja lihasnõrkusena. Väikeses mastaabis suudab keha kompenseerida mõningaid kinaaside või fosfataaside häireid, kuna mõnel juhul on signaali edastamiseks saadaval mitu rada ja seega saab signaalahela "defektsest kohast" mööda minna. Seejärel asendab defektset näiteks mõni teine valk. Ensüümi vähenenud efektiivsust saab seevastu kompenseerida lihtsalt rohkem tootmisega. Kinaaside ja fosfataaside defitsiidi või talitlushäirete võimalikud põhjused on nii sisemised kui ka välised toksiinid, samuti geneetilised mutatsioonid. Kui selline mutatsioon toimub DNA - s mitokondridon negatiivsed mõjud oksüdatiivsele fosforüülimisele ja seega ATP sünteesile, mis on nende raku organellide peamine ülesanne. Üks selline mitokondriaalne haigus on LHON (Leberi pärilik nägemisnärvi neuropaatia), mille puhul esineb kiiresti nägemist, mõnikord kombinatsioonis südame rütmihäired. See haigus on pärilik emalt, st ainult emalt, kuna ainult tema mitokondriaalne DNA kandub lapsele, samas kui isa mitte.
