الفسفرة

ال الفسفرة هي عملية أساسية للكيمياء الحيوية لا تحدث فقط في الكائن البشري ، ولكن في جميع الكائنات الحية التي تحتوي على نواة خلية وبكتيريا. إنه جزء لا غنى عنه من نقل الإشارات داخل الخلايا وطريقة مهمة للتحكم في سلوك الخلية. في معظم الأحيان ، تتم فسفرة مكونات البروتينات ، لكن الجزيئات الأخرى مثل السكر يمكن أن تعمل أيضًا كركائز. من وجهة نظر كيميائية ، تخلق الفسفرة للبروتينات رابطة استر حمض الفوسفوريك.

ما هو الفسفرة؟

يصف مصطلح الفسفرة نقل مجموعات الفوسفات إلى جزيئات عضوية - معظمها عبارة عن بقايا الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات. يحتوي الفوسفات على هيكل رباعي السطوح يتكون من ذرة فوسفور مركزية وأربع ذرات أكسجين مرتبطة تساهميًا.

مجموعات الفوسفات لها شحنة سالبة مزدوجة. يتم نقلها إلى جزيء عضوي بواسطة إنزيمات معينة تسمى كينازات. مع استهلاك الطاقة ، هذه عادة ما تربط بقايا الفوسفات بمجموعة هيدروكسيل من البروتين ، بحيث يتم تكوين إستر حمض الفوسفوريك. ومع ذلك ، فإن هذه العملية قابلة للعكس ، أي يمكن عكسه مرة أخرى بواسطة إنزيمات معينة. يشار إلى هذه الإنزيمات التي تنقسم مجموعات الفوسفات عمومًا باسم الفوسفاتيز.

يمثل كل من الكينازات والفوسفاتاز فئة الإنزيم الخاصة بهما ، والتي يمكن تقسيمها إلى فئات فرعية أخرى وفقًا لمعايير مختلفة مثل نوع الركيزة أو آلية التنشيط.

الوظيفة والمهمة

يتمثل الدور الحاسم للفوسفات ، وخاصة متعدد الفوسفات ، في الكائن الحي في توفير الطاقة. وأبرز مثال على ذلك هو ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) ، وهو الناقل الرئيسي للطاقة في الجسم. لذلك فإن تخزين الطاقة في الكائن البشري يعني عادة تخليق ATP.

للقيام بذلك ، يجب نقل بقايا الفوسفات إلى جزيء ADP (ثنائي فوسفات الأدينوسين) بحيث يتم تمديد سلسلة مجموعات الفوسفات الخاصة به ، والتي ترتبط عبر روابط أنهيدريد الفوسفوريك. يسمى الجزيء الناتج ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات). يتم الحصول على الطاقة المخزنة بهذه الطريقة من الانقسام المتجدد للرابطة ، تاركًا ADP وراءه. يمكن أيضًا فصل فوسفات آخر ، حيث يتم تكوين AMP (أدينوزين أحادي الفوسفات). في كل مرة يتم فيها فصل الفوسفات ، يكون للخلية أكثر من 30 كيلو جول لكل مول.

يتم أيضًا فسفرة السكر في سياق التمثيل الغذائي للكربوهيدرات البشرية لأسباب حيوية. يتحدث المرء أيضًا عن "مرحلة التجميع" و "مرحلة الاسترداد" لتحلل السكر ، حيث يجب أولاً استثمار الطاقة في شكل مجموعات الفوسفات في المواد الأولية من أجل الحصول على ATP لاحقًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجلوكوز ، على سبيل المثال الجلوكوز 6 فوسفات ، لم يعد قادرًا على الانتشار دون عوائق من خلال غشاء الخلية وبالتالي يتم تثبيته داخل الخلية ، حيث يكون مطلوبًا لخطوات التمثيل الغذائي الأخرى المهمة.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن الفسفرة وردود فعلها العكسية ، بالإضافة إلى التثبيط التنافسي والتخيفي ، تمثل الآليات الحاسمة لتنظيم نشاط الخلية ، وفي معظم الأحيان ، تتم الفسفرة أو نزع الفسفرة البروتينات. يتم تعديل الأحماض الأمينية سيرين وثريونين وتيروزين الموجودة في البروتينات بشكل متكرر ، مع مشاركة السيرين في الغالبية العظمى من عمليات الفسفرة. في حالة البروتينات ذات النشاط الإنزيمي ، يمكن أن تؤدي كلتا العمليتين إلى التنشيط وكذلك التعطيل ، اعتمادًا على بنية الجزيء.

بدلاً من ذلك ، يمكن أن تؤدي عملية الفسفرة (de) عن طريق نقل أو إزالة شحنة سالبة مزدوجة إلى تغيير شكل البروتين بطريقة يمكن أن ترتبط بها جزيئات أخرى معينة بمجالات البروتين المصابة أو ليس بعد الآن. مثال على هذه الآلية هو فئة المستقبلات المقترنة ببروتين G.

تلعب كلا الآليتين دورًا بارزًا في نقل الإشارات داخل الخلية وفي تنظيم عملية التمثيل الغذائي للخلية. يمكنهم التأثير على سلوك الخلية إما بشكل مباشر عن طريق نشاط الإنزيم أو بشكل غير مباشر عن طريق النسخ والترجمة المعدلة للحمض النووي.

الامراض والاعتلالات

على الرغم من كونها عالمية وأساسية مثل وظائف الفسفرة ، فإن عواقب اضطراب آلية التفاعل هذه متنوعة تمامًا. يمكن أن يؤدي عيب أو تثبيط الفسفرة ، الذي ينجم عادة عن نقص في إنزيم كينازات البروتين أو تلفها ، إلى أمراض التمثيل الغذائي ، وأمراض الجهاز العصبي والعضلات أو تلف الأعضاء الفردية ، من بين أمور أخرى. غالبًا ما تتأثر الخلايا العصبية والعضلية أولاً ، ويتجلى ذلك في الأعراض العصبية وضعف العضلات.

إلى حد محدود ، يمكن للجسم تعويض بعض اضطرابات الكينازات أو الفوسفاتازات ، حيث توجد أحيانًا عدة طرق لإعادة توجيه إشارة ، وبالتالي يمكن تجاوز "النقطة المعيبة" في سلسلة الإشارة. ثم ، على سبيل المثال ، يحل بروتين آخر محل البروتين المعيب. من ناحية أخرى ، يمكن تعويض انخفاض كفاءة الإنزيمات ببساطة عن طريق زيادة الإنتاج.

السموم الداخلية والخارجية وكذلك الطفرات الجينية هي أسباب محتملة لنقص أو خلل في الكينازات والفوسفاتازات.

إذا حدثت مثل هذه الطفرة في الحمض النووي للميتوكوندريا ، فهناك تأثيرات سلبية على الفسفرة المؤكسدة وبالتالي تخليق ATP ، المهمة الرئيسية لهذه العضيات الخلوية. مثل هذا المرض في الميتوكوندريا ، على سبيل المثال ، LHON (اعتلال الأعصاب البصري الوراثي Leber) ، حيث يوجد فقدان سريع للرؤية ، وأحيانًا مع عدم انتظام ضربات القلب. هذا المرض موروث من الأم ، أي. حصريًا من الأم ، حيث يتم نقل الحمض النووي للميتوكوندريا فقط إلى الطفل ، ولكن ليس من الأب.