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Fosforilación

Serina en una cadena de aminoácidos, antes y después de la fosforilación. En bioquímica , la fosforilación se describe como la "transferencia de un grupo fosfato " de un donante...

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Serina en una cadena de aminoácidos, antes y después de la fosforilación.

En bioquímica , la fosforilación se describe como la "transferencia de un grupo fosfato " de un donante a un aceptor [ 1 ] o la adición de un grupo fosfato a una molécula. Un agente fosforilante común (donante de fosfato) es el ATP y una familia común de aceptores son los alcoholes :

[ Adenosil-O-PO 2 −O-PO 2 −O-PO 3 ] 4- + ROH → Adenosil-O-PO 2 −O-PO 3 H] 2- + [ RO-P-O 3 ] 2-

Esta ecuación puede escribirse de varias maneras casi equivalentes que describen el comportamiento de diversos estados protonados del ATP, el ADP y el producto fosforilado. Como se desprende de la ecuación, no se transfiere un grupo fosfato propiamente dicho, sino un grupo fosforilo (PO₃⁻ ) . El fosforilo es un electrófilo . [ 2 ] Este proceso y su inverso, la desfosforilación , son comunes en biología . [ 3 ] La fosforilación de proteínas suele activar (o desactivar) muchas enzimas . [ 4 ] [ 5 ]

El ATP se produce por fosforilación.

Aunque se suele hablar de ello en términos del consumo de ATP (GTP y otros), la fosforilación también debe estar implicada en la producción de estas especies ricas en energía. El ATP se produce mediante:

Fosforilación de la glucosa

Metabolismo de la glucosa

La fosforilación de los azúcares suele ser la primera etapa de su catabolismo . La fosforilación permite a las células acumular azúcares, ya que el grupo fosfato impide que las moléculas se difundan de nuevo a través de su transportador . La fosforilación de la glucosa es una reacción clave en el metabolismo de los azúcares. La ecuación química para la conversión de D-glucosa a D-glucosa-6-fosfato en el primer paso de la glucólisis viene dada por:

D-glucosa + ATP → D- glucosa 6-fosfato + ADP
ΔG ° = −16,7 kJ/mol (° indica la medición en condiciones estándar)
La glucólisis es un proceso que descompone la glucosa en dos moléculas de piruvato, utilizando ATP y NADH, además de producirlo.

La glucosa se convierte en glucosa-6-fosfato catalizada por la enzima hexocinasa . La fructosa-6-fosfato se convierte en fructosa 1,6-bisfosfato . Esta reacción es catalizada por la fosfofructocinasa .

El gliceraldehído 3-fosfato se fosforila nuevamente para dar 1,3-bisfosfoglicerato . Esta reacción es catalizada por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH).

síntesis de glucógeno

La fosforilación de la glucosa a glucosa 6-fosfato desempeña un papel en la regulación de la glucógeno sintasa .

La glucosa se fosforila a glucosa 6-fosfato para permitir su transporte a través de la membrana mediante la ATP-D-glucosa 6- fosfotransferasa y la hexocinasa no específica (ATP-D-hexosa 6-fosfotransferasa). [ 6 ] [ 7 ] Las células hepáticas son libremente permeables a la glucosa, y la velocidad inicial de fosforilación de la glucosa es el paso limitante de la velocidad en el metabolismo de la glucosa por el hígado. [ 6 ]

El papel crucial del hígado en el control de las concentraciones de azúcar en sangre mediante la descomposición de la glucosa en dióxido de carbono y glucógeno se caracteriza por el valor negativo de la energía libre de Gibbs (ΔG), lo que indica que este es un punto de regulación con . La enzima hexoquinasa tiene una constante de Michaelis baja (K m ), lo que indica una alta afinidad por la glucosa, por lo que esta fosforilación inicial puede proceder incluso cuando los niveles de glucosa a escala nanométrica dentro de la sangre.

La fosforilación de la glucosa puede potenciarse mediante la unión de fructosa 6-fosfato (F6P) y disminuirse mediante la unión de fructosa 1-fosfato (F1P). La fructosa consumida en la dieta se convierte en F1P en el hígado. Esto contrarresta la acción de la F6P sobre la glucocinasa, [ 6 ] lo que en última instancia favorece la reacción directa. La capacidad de las células hepáticas para fosforilar la fructosa supera su capacidad para metabolizar la fructosa-1-fosfato. El consumo excesivo de fructosa produce un desequilibrio en el metabolismo hepático, lo que indirectamente agota las reservas de ATP de las células hepáticas. [ 8 ]

La activación alostérica por glucosa-6-fosfato, que actúa como efector, estimula la glucógeno sintasa, y la glucosa-6-fosfato puede inhibir la fosforilación de la glucógeno sintasa por la proteína quinasa estimulada por AMP cíclico . [ 7 ]

Otros procesos

La fosforilación de la glucosa es fundamental en los procesos corporales. Por ejemplo, la fosforilación de la glucosa es necesaria para la actividad de la vía de la diana mecanotídica de la rapamicina dependiente de insulina en el corazón. Esto sugiere, además, una relación entre el metabolismo intermedio y el crecimiento cardíaco. [ 9 ]

Fosforilación de proteínas

La fosforilación de proteínas es la modificación postraduccional más común en eucariotas. Los residuos de fosfoaminoácidos más comunes son la serina, la treonina y la tirosina en una proporción de 1800:200:1. [ 10 ] La fosforilación de las cadenas laterales de estos residuos se produce mediante la formación de enlaces fosfoéster , en la histidina , la lisina y la arginina mediante enlaces fosforamidato , y en el ácido aspártico y el ácido glutámico mediante enlaces anhídrido mixtos .

La fosforilación de proteínas es común en aminoácidos no canónicos humanos, incluyendo motivos que contienen histidina, aspartato, glutamato, cisteína , arginina y lisina fosforilados en extractos de células HeLa. [ 11 ] La histidina se fosforila tanto en el átomo 1 como en el átomo 3 de nitrógeno del anillo de imidazol . [ 12 ] [ 13 ] La fosfotirosina es mucho más estable que la fosfoserina y la fosfotreonina, que a su vez son más estables que otros fosfoaminoácidos, [ 10 ] por lo que el análisis de la histidina fosforilada (y otros aminoácidos no canónicos) utilizando enfoques bioquímicos y espectrométricos de masas estándar es mucho más complejo [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ] y se requieren procedimientos y técnicas de separación especiales para su preservación junto con la fosforilación clásica de Ser, Thr y Tyr. [ 16 ]

El papel fundamental de la fosforilación de proteínas en la bioquímica queda patente en las numerosas publicaciones sobre el tema (a marzo de 2015, la base de datos MEDLINE arrojaba más de 240.000 artículos, en su mayoría sobre fosforilación de proteínas ).

Lecturas adicionales

[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "fosforilación" . IUPAC Gold Book . 2014. doi : 10.1351/goldbook.PT06790 .
  2. ↑ Adams, Joseph A. (2001). "Mecanismos cinéticos y catalíticos de las quinasas de proteínas". Chemical Reviews . 101 (8): 2271– 2290. doi : 10.1021/cr000230w . PMID 11749373 . 
  3. ↑ Chen J, He X, Jakovlić I (noviembre de 2022). "Fijación impulsada por selección positiva de una mutación de aminoácidos específica de hominino relacionada con la desfosforilación en IRF9" . BMC Ecology and Evolution . 22 (1) 132. doi : 10.1186/s12862-022-02088-5 . PMC 9650800. PMID 36357830. S2CID 253448972 .    El texto se copió de esta fuente, que está disponible bajo una licencia Creative Commons Attribution 4.0 International .
  4. ↑ Oliveira AP, Sauer U (marzo de 2012). "La importancia de las modificaciones postraduccionales en la regulación del metabolismo de Saccharomyces cerevisiae" . FEMS Yeast Research . 12 (2): 104–117 . doi : 10.1111/j.1567-1364.2011.00765.x . PMID 22128902 . 
  5. ↑ Tripodi F, Nicastro R, Reghellin V, Coccetti P (abril de 2015). "Modificaciones postraduccionales en el metabolismo del carbono de la levadura: mecanismos reguladores más allá del control transcripcional". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects . 1850 (4): 620– 627. doi : 10.1016/j.bbagen.2014.12.010 . hdl : 10281/138736 . PMID 25512067 . 
  6. 1 2 3 Walker DG, Rao S (febrero de 1964). "El papel de la glucoquinasa en la fosforilación de la glucosa por el hígado de rata" . The Biochemical Journal . 90 (2): 360– 368. doi : 10.1042/bj0900360 . PMC 1202625. PMID 5834248 .  
  7. 1 2 Villar-Palasí C, Guinovart JJ (junio de 1997). "El papel de la glucosa 6-fosfato en el control de la glucógeno sintasa" . FASEB Journal . 11 (7): 544– 558. doi : 10.1096/fasebj.11.7.9212078 . PMID 9212078. S2CID 2789124 .  
  8. ↑ "Regulación de la glucólisis" . cmgm.stanford.edu . Archivado del original el 3 de marzo de 2009. Consultado el 18 de noviembre de 2017 .
  9. ↑ Sharma S, Guthrie PH, Chan SS, Haq S, Taegtmeyer H (octubre de 2007). "La fosforilación de la glucosa es necesaria para la señalización de mTOR dependiente de insulina en el corazón" . Cardiovascular Research . 76 (1): 71–80 . doi : 10.1016/j.cardiores.2007.05.004 . PMC 2257479. PMID 17553476 .  
  10. 1 2 Mann, Matthias; Ong, Shao En; Grønborg, Mads; Steen, Hanno; Jensen, Ole N.; Pandey, Akhilesh (junio de 2002). "Análisis de la fosforilación de proteínas mediante espectrometría de masas: descifrando el fosfoproteoma". Trends in Biotechnology . 20 (6): 261– 268. doi : 10.1016/s0167-7799(02)01944-3 . ISSN 0167-7799 . PMID 12007495 .  
  11. 1 2 Hardman G, Perkins S, Brownridge PJ, Clarke CJ, Byrne DP, Campbell AE, et al. (octubre de 2019). " La fosfoproteómica mediada por intercambio aniónico fuerte revela una extensa fosforilación no canónica humana" . The EMBO Journal . 38 (21) e100847. doi : 10.15252/embj.2018100847 . PMC 6826212. PMID 31433507 .   
  12. ↑ Fuhs SR, Hunter T (abril de 2017). "pHisphorylation: the emergence of histidine phosphorylation as a reversible regulatory modification" . Current Opinion in Cell Biology . 45 : 8–16 . doi : 10.1016/j.ceb.2016.12.010 . PMC 5482761. PMID 28129587 .  
  13. ↑ Fuhs SR, Meisenhelder J, Aslanian A, Ma L, Zagorska A, Stankova M, et al. (julio de 2015). "Anticuerpos monoclonales de 1- y 3-fosfohistidina: nuevas herramientas para estudiar la fosforilación de la histidina" . Cell . 162 (1): 198–210 . doi : 10.1016/j.cell.2015.05.046 . PMC 4491144. PMID 26140597 .   
  14. ↑ Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Hardman GE, Eyers CE (junio de 2014). "Transferencia intermolecular de fosfato en fase gaseosa dentro de un dímero de fosfopéptido de fosfohistidina" . International Journal of Mass Spectrometry . 367 : 28–34 . Bibcode : 2014IJMSp.367...28G . doi : 10.1016/j.ijms.2014.04.015 . PMC 4375673. PMID 25844054 .  
  15. ↑ Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Helm M, Eyers CE (agosto de 2013). "Intentando reescribir la historia: desafíos con el análisis de péptidos fosforilados en histidina". Biochemical Society Transactions . 41 (4): 1089– 1095. doi : 10.1042/bst20130072 . PMID 23863184 . 
  16. ↑ Hardman G, Perkins S, Ruan Z, Kannan N, Brownridge P, Byrne DP, Eyers PA, Jones AR, Eyers CE (2017). "Fosforilación no canónica extensa en células humanas revelada mediante fosfoproteómica mediada por intercambio de aniones fuertes". bioRxiv 10.1101/202820 . 
  17. ↑ Johnson, Louise N.; Lewis, Richard J. (2001). "Base estructural para el control por fosforilación". Chemical Reviews . 101 (8): 2209– 2242. doi : 10.1021/cr000225s . PMID 11749371 . 
  18. ↑ Saito, Haruo (2001). "Fosforilación de histidina y señalización de dos componentes en células eucariotas". Chemical Reviews . 101 (8): 2497– 2510. doi : 10.1021/cr000243+ . PMID 11749385 . 
  19. ↑ Ahn, Natalie (2001). "Introducción: Fosforilación y señalización de proteínas" . Chemical Reviews . 101 (8): 2207– 2208. doi : 10.1021/cr010144b .
  20. ↑ Dimakos, Victoria; Taylor, Mark S. (2018). "Funcionalización selectiva de grupos hidroxilo en derivados de carbohidratos". Chemical Reviews . 118 (23): 11457– 11517. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00442 . PMID 30507165 . 
  • Análisis funcionales para la fosforilación específica de un sitio de una proteína diana en células (Protocolo A)
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