الفسفرة هي عملية أساسية للكيمياء الحيوية تحدث ليس فقط في الكائن البشري ولكن في جميع الكائنات الحية التي تحتوي على نواة و بكتيريا. إنه مكون لا غنى عنه لتوصيل الإشارات داخل الخلايا وطريقة مهمة للتحكم في سلوك الخلية. في الغالب ، مكونات البروتينات هي فسفرة ، ولكن أخرى الجزيئات مثل السكريات يمكن أن تكون بمثابة ركائز. على المستوى الكيميائي للمراقبة ، فسفرة البروتينات النتائج في حمض الفسفوريك الاستر كفالة.
ما هي الفسفرة؟
الفسفرة هي عملية أساسية للكيمياء الحيوية تحدث في الكائن البشري. توفر الفسفرة الطاقة للخلية. يشير مصطلح الفسفرة إلى نقل فوسفات مجموعات إلى عضوية الجزيئات - عادة ما تكون بقايا الأحماض الأمينية الماكياج البروتينات. الفوسفات له هيكل رباعي السطوح يتكون من ذرة مركزية من الفسفور وأربعة محيطة بها مرتبطة تساهميًا أكسجين ذرات. فوسفات المجموعات لها شحنة سالبة مزدوجة. يتم نقلها إلى جزيء عضوي من خلال محددة الانزيمات، ما يسمى كيناز. تستهلك الطاقة ، وعادة ما تربط هذه فوسفات بقايا مجموعة هيدروكسي من البروتين ، مكونة أ حمض الفسفوريك الاستر . ومع ذلك ، فإن هذه العملية قابلة للعكس ، أي يمكن عكسها مرة أخرى بشكل مؤكد الانزيمات. مثل الانزيمات، التي تشق الفوسفات الجيوبين ، يشار إليها عمومًا باسم الفوسفاتيز. يمثل كل من الكينازات والفوسفاتاز فئة مميزة من الإنزيمات التي يمكن تقسيمها إلى فئات فرعية وفقًا لمعايير مختلفة ، مثل طبيعة الركيزة أو آلية التنشيط.
الوظيفة والمهمة
من الأهمية بمكان للفوسفات ، وخاصة متعدد الفوسفات ، في الكائن الحي توفير الطاقة. المثال الأبرز هو ATP (الأدينوساين ثلاثي الفوسفات) ، والذي يعتبر الناقل الرئيسي للطاقة في الجسم. لذلك ، عادةً ما يعني تخزين الطاقة في الكائن البشري تخليق ATP. للقيام بذلك ، يجب نقل بقايا الفوسفات إلى جزيء من ADP (الأدينوساين diphosphate) بحيث يتم تمديد سلسلته من مجموعات الفوسفات المرتبطة بروابط أنهيدريد الفوسفوريك. يسمى الجزيء الناتج ATP (الأدينوساين ثلاثي الفوسفات). يتم الحصول على الطاقة المخزنة بهذه الطريقة من الانقسام المتجدد للرابطة ، تاركًا وراءها ADP. من الممكن أيضًا انقسام فوسفات آخر ، مكونًا AMP (أدينوزين أحادي الفوسفات). يوفر كل انشقاق من الفوسفات أكثر من 30 كيلو جول لكل مول للخلية. يتم أيضًا فسفرة السكريات أثناء عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات البشرية لأسباب تتعلق بالطاقة. يُشار أيضًا إلى تحلل الجلوكوز باسم "مرحلة التجميع" و "مرحلة الكسب" لأنه يجب أولاً استثمار الطاقة في شكل مجموعات الفوسفات في المواد الأولية لتحقيق مكاسب لاحقة من ATP. فضلا عن ذلك، جلوكوز، على سبيل المثال ، مثل الجلوكوز 6 فوسفات ، لم يعد قادرًا على الانتشار دون عوائق من خلال غشاء الخلية وبالتالي يتم تثبيتها داخل الخلية ، حيث تكون ضرورية لمزيد من خطوات التمثيل الغذائي المهمة. بالإضافة إلى ذلك ، تمثل الفسفرة وردود فعلها العكسية ، جنبًا إلى جنب مع التثبيط التنافسي والتفاعلي ، الآليات الحاسمة لتنظيم نشاط الخلية. في هذه العملية ، يتم فسفرة البروتينات في الغالب أو نزع الفسفرة. ال الأحماض الأمينية الأكثر شيوعًا هو السيرين ، ثريونين ، والتيروزين ، والتي توجد في البروتينات ، مع مشاركة السيرين في الغالبية العظمى من الفسفورات. بالنسبة للبروتينات ذات النشاط الإنزيمي ، يمكن لكلتا العمليتين قيادة للتنشيط أو التعطيل ، اعتمادًا على بنية الجزيء. بدلاً من ذلك ، يمكن أيضًا (إزالة) الفسفرة عن طريق نقل أو سحب شحنة سالبة مزدوجة قيادة إلى تغيير في شكل البروتين مثل تلك الأخرى الجزيئات يمكن أن ترتبط بمجالات البروتين المصابة أم لا. مثال على هذه الآلية هو فئة المستقبلات المقترنة بالبروتين G. تلعب كلتا الآليتين دورًا بارزًا في نقل الإشارة داخل الخلية وفي تنظيم التمثيل الغذائي الخلوي. يمكنهم التأثير على سلوك الخلية إما بشكل مباشر عن طريق نشاط الإنزيم أو بشكل غير مباشر ، عن طريق النسخ والترجمة المعدلة للحمض النووي.
الأمراض والعلل
على الرغم من أن وظائف الفسفرة عالمية وأساسية ، فإن النتائج المترتبة على إعاقة آلية التفاعل هذه متعددة. يمكن أن يؤدي وجود خلل أو تثبيط في الفسفرة ، والذي يحدث عادةً بسبب نقص إنزيم كينازات البروتين أو عيبها ، إلى: قيادة لأمراض التمثيل الغذائي وأمراض الجهاز العصبي والعضلات ، أو تلف الأعضاء الفردية ، من بين أمور أخرى. أولاً ، غالبًا ما تتأثر الخلايا العصبية والعضلية ، والتي تتجلى في الأعراض العصبية وضعف العضلات. على نطاق صغير ، يمكن للجسم تعويض بعض اضطرابات الكينازات أو الفوسفاتازات ، لأنه في بعض الحالات تتوفر عدة مسارات لنقل إشارة وبالتالي يمكن تجاوز "الموقع المعيب" في سلسلة الإشارة. ثم ، على سبيل المثال ، يحل بروتين آخر محل البروتين المعيب. من ناحية أخرى ، يمكن تعويض انخفاض كفاءة الإنزيم ببساطة عن طريق إنتاج المزيد. كل من السموم الداخلية والخارجية وكذلك الطفرات الجينية هي أسباب محتملة لنقص أو خلل في الكينازات والفوسفاتازات. إذا حدثت مثل هذه الطفرة في الحمض النووي لـ الميتوكوندريا، هناك آثار سلبية على الفسفرة المؤكسدة وبالتالي تخليق ATP ، المهمة الرئيسية لهذه العضيات الخلوية. أحد أمراض الميتوكوندريا هو LHON (اعتلال العصب البصري الوراثي ليبر) ، حيث يوجد فقدان سريع للرؤية ، أحيانًا بالاشتراك مع عدم انتظام ضربات القلب. هذا المرض موروث من الأم ، أي من الأم بشكل حصري ، حيث يتم تمرير الحمض النووي الخاص بالميتوكوندريا فقط إلى الطفل ، بينما لا ينتقل إلى الأب.
