Sự phosphoryl hóa là sự bổ sung hóa học của một nhóm phosphoryl (PO3–) thành một phân tử hữu cơ. Việc loại bỏ một nhóm phosphoryl được gọi là quá trình dephosphoryl hóa. Cả quá trình phosphoryl hóa và quá trình khử phosphoryl đều được thực hiện bởi các enzym (ví dụ: kinase, phosphotransferase). Quá trình phosphoryl hóa rất quan trọng trong lĩnh vực hóa sinh và sinh học phân tử vì đây là một phản ứng quan trọng trong chức năng của protein và enzyme, chuyển hóa đường, dự trữ và giải phóng năng lượng.
Table of Contents
Mục đích của sự phosphoryl hóa
Quá trình phosphoryl hóa đóng một vai trò điều tiết quan trọng trong tế bào. Các chức năng của nó bao gồm:
- Quan trọng đối với quá trình đường phân
- Được sử dụng cho tương tác protein-protein
- Được sử dụng trong quá trình phân hủy protein
- Điều chỉnh sự ức chế enzym
- Duy trì cân bằng nội môi bằng cách điều chỉnh các phản ứng hóa học cần năng lượng
Các loại photphoryl hóa
Nhiều loại phân tử có thể trải qua quá trình phosphoryl hóa và dephosphoryl hóa. Ba trong số các loại phosphoryl hóa quan trọng nhất là phosphoryl hóa glucose, phosphoryl hóa protein và phosphoryl hóa oxy hóa.
Glucose Phosphoryl hóa
Glucose và các loại đường khác thường được phosphoryl hóa như là bước đầu tiên của quá trình dị hóa. Ví dụ, bước đầu tiên của quá trình đường phân D-glucose là chuyển nó thành D-glucose-6-phosphate. Glucose là một phân tử nhỏ dễ dàng thấm vào tế bào. Sự phosphoryl hóa tạo thành một phân tử lớn hơn không thể dễ dàng đi vào mô. Vì vậy, quá trình phosphoryl hóa là rất quan trọng để điều chỉnh nồng độ glucose trong máu. Đến lượt mình, nồng độ glucose có liên quan trực tiếp đến sự hình thành glycogen. Quá trình phosphoryl hóa glucose cũng liên quan đến sự phát triển của tim.
Sự phosphoryl hóa protein
Phoebus Levene tại Viện Nghiên cứu Y khoa Rockefeller là người đầu tiên xác định được protein được phosphoryl hóa (phosvitin) vào năm 1906, nhưng sự phosphoryl hóa bằng enzym của protein vẫn chưa được mô tả cho đến những năm 1930.
Quá trình phosphoryl hóa protein xảy ra khi nhóm phosphoryl được thêm vào một axit amin. Thông thường, axit amin là serine, mặc dù quá trình phosphoryl hóa cũng xảy ra trên threonine và tyrosine ở sinh vật nhân chuẩn và histidine ở sinh vật nhân sơ. Đây là một phản ứng este hóa trong đó nhóm phốt phát phản ứng với nhóm hydroxyl (-OH) của chuỗi bên serine, threonine hoặc tyrosine. Protein enzyme kinase liên kết cộng hóa trị một nhóm phosphate với axit amin. Cơ chế chính xác có phần khác nhau giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn. Các hình thức phosphoryl hóa được nghiên cứu nhiều nhất là các biến đổi sau chuyển dịch (PTM), có nghĩa là các protein được phosphoryl hóa sau khi dịch mã từ khuôn mẫu RNA. Phản ứng ngược lại, dephosphoryl hóa, được xúc tác bởi các phosphatase protein.
Một ví dụ quan trọng của quá trình phosphoryl hóa protein là sự phosphoryl hóa histon. Ở sinh vật nhân thực, DNA liên kết với protein histone để tạo thành chất nhiễm sắc. Quá trình phosphoryl hóa histone làm thay đổi cấu trúc của chất nhiễm sắc và làm thay đổi các tương tác protein-protein và DNA-protein của nó. Thông thường, quá trình phosphoryl hóa xảy ra khi DNA bị hư hỏng, mở ra không gian xung quanh DNA bị hỏng để các cơ chế sửa chữa có thể thực hiện công việc của chúng.
Ngoài tầm quan trọng của nó trong việc sửa chữa DNA, quá trình phosphoryl hóa protein đóng một vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất và các con đường tín hiệu.
Oxy hóa phosphoryl
Quá trình phosphoryl hóa oxy hóa là cách một tế bào lưu trữ và giải phóng năng lượng hóa học. Trong tế bào nhân thực, các phản ứng xảy ra trong ti thể. Quá trình phosphoryl hóa oxy hóa bao gồm các phản ứng của chuỗi vận chuyển điện tử và các phản ứng của quá trình hóa chất. Tóm lại, phản ứng oxy hóa khử truyền các điện tử từ protein và các phân tử khác dọc theo chuỗi vận chuyển điện tử ở màng trong của ti thể, giải phóng năng lượng được sử dụng để tạo ra adenosine triphosphate (ATP) trong quá trình hóa trị.
Trong quá trình này, NADH và FADH2 cung cấp điện tử cho chuỗi vận chuyển điện tử. Các electron chuyển từ năng lượng cao hơn sang năng lượng thấp hơn khi chúng di chuyển dọc theo chuỗi, giải phóng năng lượng trên đường đi. Một phần năng lượng này dùng để bơm các ion hydro (H+) để tạo thành một gradien điện hóa. Ở cuối chuỗi, các electron được chuyển đến oxy, liên kết với H+ để tạo thành nước. H+ ion cung cấp năng lượng cho ATP synthase để tổng hợp ATP. Khi ATP bị dephosphoryl hóa, phân cắt nhóm phosphate sẽ giải phóng năng lượng ở dạng tế bào có thể sử dụng.
Adenosine không phải là cơ sở duy nhất trải qua quá trình phosphoryl hóa để tạo thành AMP, ADP và ATP. Ví dụ: guanosine cũng có thể tạo thành GMP, GDP và GTP.
Phát hiện sự phosphoryl hóa
Có thể phát hiện phân tử đã được phosphoryl hóa hay chưa bằng cách sử dụng kháng thể, điện di hoặc khối phổ. Tuy nhiên, việc xác định và mô tả đặc điểm của các vị trí phosphoryl hóa là rất khó. Ghi nhãn đồng vị thường được sử dụng, cùng với các xét nghiệm huỳnh quang, điện di và xét nghiệm miễn dịch.
Nguồn
- Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). “Quá trình Phosphoryl hóa thuận nghịch: Công trình của Edmond H. Fischer”. Tạp chí Hóa học Sinh học. 286 (3).
- Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). “Glucose Phosphoryl hóa là cần thiết để phát tín hiệu mTOR phụ thuộc insulin trong tim”. Nghiên cứu tim mạch. 76 (1): 71–80.
