O que é Fosforilação e como funciona?

Fosforilação é a adição química de um grupo fosforil (PO  ) a uma molécula orgânica. A remoção de um grupo fosforil é chamada de desfosforilação. Tanto a fosforilação como a desfosforilação são realizadas por enzimas (por exemplo, quinases, fosfotransferases). A fosforilação é importante nos campos da bioquímica e da biologia molecular porque é uma reação chave na função de proteínas e enzimas, no metabolismo do açúcar e no armazenamento e liberação de energia.

Fins da fosforilação

A fosforilação desempenha um papel regulador crítico nas células. Suas funções incluem:

  • Importante para glicólise
  • Usado para interação proteína-proteína
  • Usado na degradação de proteínas
  • Regula a inibição enzimática
  • Mantém a homeostase regulando as reações químicas que requerem energia

Tipos de fosforilação

Muitos tipos de moléculas podem sofrer fosforilação e desfosforilação. Três dos tipos mais importantes de fosforilação são a fosforilação da glicose, a fosforilação da proteína e a fosforilação oxidativa.

Fosforilação da Glicose

A glicose e outros açúcares são frequentemente fosforilados como o primeiro passo do seu catabolismo. Por exemplo, o primeiro passo da glicólise da D-glicose é a sua conversão em D-glucose-6-fosfato. A glicose é uma molécula pequena que permeia prontamente as células. A fosforilação forma uma molécula maior que não pode entrar facilmente no tecido. Assim, a fosforilação é fundamental para regular a concentração de glicose no sangue. A concentração de glicose, por sua vez, está diretamente relacionada à formação de glicogênio. A fosforilação da glicose também está ligada ao crescimento cardíaco.

Fosforilação de Proteínas

Phoebus Levene, do Instituto Rockefeller de Pesquisa Médica, foi o primeiro a identificar uma proteína fosforilada (fosvitina) em 1906, mas a fosforilação enzimática de proteínas não foi descrita até a década de 1930.

A fosforilação da proteína ocorre quando o grupo fosforila é adicionado a um aminoácido . Normalmente, o aminoácido é serina, embora a fosforilação também ocorra em treonina e tirosina em eucariotos e histidina em procariontes. Esta é uma reação de esterificação em que um grupo fosfato reage com o grupo hidroxila (-OH) de uma cadeia lateral de serina, treonina ou tirosina. A enzima proteína cinase liga-se covalentemente a um grupo fosfato ao aminoácido. O mecanismo preciso difere um pouco entre procariotas e eucariotos . As formas de fosforilação mais estudadas são as modificações pós-traducionais (PTM), o que significa que as proteínas são fosforiladas após a tradução de um molde de RNA. A reação inversa, a desfosforilação, é catalisada pelas fosfatases proteicas.

Um exemplo importante de fosforilação de proteínas é a fosforilação de histonas. Em eucariotos, o DNA está associado a proteínas histonas para formar a cromatina . A fosforilação da histona modifica a estrutura da cromatina e altera suas interações proteína-proteína e DNA-proteína. Geralmente, a fosforilação ocorre quando o DNA é danificado, abrindo espaço em torno do DNA quebrado, para que os mecanismos de reparo possam fazer seu trabalho.

Além de sua importância no reparo do DNA, a fosforilação da proteína desempenha um papel fundamental no metabolismo e nas vias de sinalização.

Fosforilação oxidativa

A fosforilação oxidativa é como uma célula armazena e libera energia química. Em uma célula eucariótica, as reações ocorrem dentro da mitocôndria. A fosforilação oxidativa consiste das reações da cadeia de transporte de elétrons e da quimiosmose. Em resumo, a reação redox passa elétrons de proteínas e outras moléculas ao longo da cadeia de transporte de elétrons na membrana interna da mitocôndria, liberando energia que é usada para fazer trifosfato de adenosina (ATP) em quimiosmose.

Nesse processo, o NADH e o FADH 2 fornecem elétrons para a cadeia de transporte de elétrons. Os elétrons se movem de energia mais alta para energia mais baixa à medida que progridem ao longo da corrente, liberando energia ao longo do caminho. Parte dessa energia vai para o bombeamento de íons hidrogênio (H + ) para formar um gradiente eletroquímico. No final da cadeia, os elétrons são transferidos para o oxigênio, que se liga ao H + para formar água. Os íons H + fornecem a energia para a ATP sintase para sintetizar o ATP . Quando o ATP é desfosforilado, a clivagem do grupo fosfato libera energia em uma forma que a célula pode usar.

A adenosina não é a única base que sofre fosforilação para formar AMP, ADP e ATP. Por exemplo, a guanosina também pode formar GMP, GDP e GTP.

Detectando a fosforilação

Se uma molécula foi ou não fosforilada pode ser detectada usando anticorpos, eletroforese ou espectrometria de massa . Entretanto, identificar e caracterizar os locais de fosforilação é difícil. A marcação isotópica é frequentemente usada em conjunto com fluorescência , eletroforese e imunoensaios.

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