Quá trình phosphoryl hóa là một quá trình sinh hóa cơ bản không chỉ xảy ra ở cơ thể người mà ở tất cả các sinh vật sống có nhân và vi khuẩn. Nó là một thành phần không thể thiếu của quá trình truyền tín hiệu nội bào và là một cách quan trọng để kiểm soát hành vi của tế bào. Hầu hết, các thành phần của protein được phosphoryl hóa, nhưng khác phân tử chẳng hạn như đường cũng có thể đóng vai trò là chất nền. Ở cấp độ hóa học quan sát, sự phosphoryl hóa của protein kết quả là một axit photphoric ester liên kết.
Sự phosphoryl hóa là gì?
Quá trình phosphoryl hóa là một quá trình sinh hóa cơ bản xảy ra trong cơ thể người. Sự phosphoryl hóa cung cấp năng lượng cho tế bào. Thuật ngữ phosphoryl hóa đề cập đến việc chuyển phốt phát nhóm hữu cơ phân tử - thường là dư lượng axit amin điểm protein. Phốt phát có cấu trúc tứ diện bao gồm một nguyên tử trung tâm của phốt pho và bốn liên kết cộng hóa trị xung quanh ôxy các nguyên tử. Phốt phát nhóm có điện tích âm kép. Sự chuyển giao của chúng đến một phân tử hữu cơ diễn ra thông qua enzyme, cái gọi là kinase. Tiêu thụ năng lượng, những thứ này thường liên kết phốt phát dư thành nhóm hydroxy của protein, tạo thành axit photphoric ester. Tuy nhiên, quá trình này có thể đảo ngược, tức là nó có thể được đảo ngược, một lần nữa enzyme. Như là enzyme, tách ra geuppen photphat, thường được gọi là photphataza. Cả kinase và phosphatase đều đại diện cho một lớp enzyme riêng biệt có thể được chia nhỏ hơn nữa thành các phân lớp theo nhiều tiêu chí khác nhau, chẳng hạn như bản chất của chất nền hoặc cơ chế hoạt hóa.
Chức năng và nhiệm vụ
Một tầm quan trọng thiết yếu của phốt phát, đặc biệt là polyphotphat, trong cơ thể sinh vật là cung cấp năng lượng. Ví dụ nổi bật nhất là ATP (adenosine triphosphat), được coi là chất dẫn truyền năng lượng chính trong cơ thể. Do đó, dự trữ năng lượng trong cơ thể người thường có nghĩa là tổng hợp ATP. Để làm được điều này, một dư lượng photphat phải được chuyển sang một phân tử ADP (adenosine diphosphat) để chuỗi nhóm photphat của nó được liên kết bằng liên kết anhydrit photphoric được kéo dài. Phân tử tạo thành được gọi là ATP (adenosine triphotphat). Năng lượng được lưu trữ theo cách này thu được từ sự phân cắt mới của liên kết, để lại ADP. Cũng có thể phân cắt một loại photphat khác, tạo thành AMP (adenosine monophosphat). Mỗi lần phân tách của một photphat tạo ra hơn 30 kJ trên mỗi mol có sẵn cho tế bào. Đường cũng được phosphoryl hóa trong quá trình chuyển hóa carbohydrate của con người vì lý do năng lượng. Glycolysis còn được gọi là “giai đoạn thu nhận” và “giai đoạn tăng ích” bởi vì năng lượng ở dạng nhóm photphat trước tiên phải được đầu tư vào nguyên liệu ban đầu để thu được ATP sau đó. Ngoài ra, glucose, ví dụ, như glucose-6-phosphate, không còn có thể khuếch tán mà không bị cản trở qua màng tế bào và do đó được cố định bên trong tế bào, nơi nó cần thiết cho các bước trao đổi chất quan trọng hơn. Ngoài ra, quá trình phosphoryl hóa và các phản ứng đảo ngược của chúng, cùng với sự ức chế gây dị ứng và cạnh tranh, đại diện cho các cơ chế quan trọng để điều hòa hoạt động của tế bào. Trong quá trình này, các protein chủ yếu được phosphoryl hóa hoặc dephosphoryl hóa. Các amino axit được biến đổi phổ biến nhất là serine, threonine và tyrosine, có trong protein, với serine tham gia vào phần lớn quá trình phosphoryl hóa. Đối với các protein có hoạt tính enzym, cả hai quá trình đều có thể dẫn đến kích hoạt hoặc bất hoạt, tùy thuộc vào cấu trúc của phân tử. Ngoài ra, (de) phosphoryl hóa bằng cách chuyển hoặc rút điện tích âm kép cũng có thể dẫn dẫn đến sự thay đổi cấu trúc của protein sao cho phân tử có thể liên kết với các vùng protein bị ảnh hưởng hoặc không. Một ví dụ của cơ chế này là lớp các thụ thể kết hợp với protein G. Cả hai cơ chế này đều đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu trong tế bào và trong việc điều hòa chuyển hóa tế bào. Chúng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của tế bào hoặc trực tiếp thông qua hoạt động của enzym hoặc gián tiếp, thông qua phiên mã và dịch mã đã thay đổi của DNA.
Bệnh tật
Cũng phổ biến và cơ bản như các chức năng của quá trình phosphoryl hóa, hậu quả khi cơ chế phản ứng này bị suy giảm là rất đa dạng. Một khiếm khuyết hoặc ức chế quá trình phosphoryl hóa, thường được kích hoạt bởi sự thiếu hụt protein kinaza hoặc khiếm khuyết của chúng, có thể dẫn các bệnh chuyển hóa, bệnh của hệ thần kinh và cơ bắp, hoặc tổn thương cơ quan cá nhân, trong số những người khác. Đầu tiên, các tế bào thần kinh và cơ thường bị ảnh hưởng, biểu hiện ở các triệu chứng thần kinh và yếu cơ. Ở quy mô nhỏ, một số rối loạn của kinase hoặc phosphatase có thể được cơ thể bù đắp, vì trong một số trường hợp, một số con đường có sẵn để truyền tín hiệu và do đó “vị trí bị lỗi” trong chuỗi tín hiệu có thể bị bỏ qua. Sau đó, ví dụ, một protein khác thay thế protein bị lỗi. Mặt khác, hiệu suất enzyme giảm có thể được bù đắp bằng cách đơn giản là sản xuất nhiều hơn. Cả độc tố bên trong và bên ngoài cũng như đột biến gen đều là những nguyên nhân có thể gây ra sự thiếu hụt hoặc hoạt động sai của kinase và phosphatase. Nếu một đột biến như vậy xảy ra trong DNA của mitochondria, có những tác động tiêu cực đến quá trình phosphoryl hóa oxy hóa và do đó tổng hợp ATP, nhiệm vụ chính của các bào quan tế bào này. Một trong những bệnh về ty thể như vậy là LHON (bệnh thần kinh thị giác di truyền của Leber), trong đó mất thị lực nhanh chóng, đôi khi kết hợp với rối loạn nhịp tim. Bệnh này di truyền từ mẹ, tức là chỉ di truyền từ mẹ, vì chỉ DNA ti thể của cô ấy được truyền sang con, trong khi của cha thì không.
