탈인산화

Dephosphorylation

생화학에서 탈인산화(dehosphorylation)는 가수분해에 의해 유기화합물로부터 인산염(PO43−)기를 제거하는 것이다.이것은 번역 후 가역적인 수정입니다.탈인산화 및 그 대응물인 인산화는 인산 에스테르와 무수물을 분리 또는 부착하여 효소를 활성화 및 비활성화한다.탈인산화에서 주목할 만한 발생은 ATP가 ADP와 무기인산으로 전환되는 것이다.

탈인산화에는 에스테르 결합을 분해하는 가수분해효소, 즉 가수분해효소가 사용된다.탈인산화에서 사용되는 두드러진 가수분해효소 서브클래스는 인산 모노에스테르를 인산 이온과 유리 히드록실(-OH)기를 가진 분자로 가수분해함으로써 인산기를 제거하는 포스파타아제이다.

가역적 인산화-탈인산화 반응은 모든 생리적 과정에서 일어나며, 단백질 포스파타아제들의 적절한 기능을 유기체의 생존에 필요하다.단백질 탈인산화 과정이 세포 신호 [1]전달과 관련된 핵심 과정이기 때문에 단백질 포스파타아제는 심장병, 당뇨병,[2] 알츠하이머병과 같은 조건에 관련된다.

역사

탈인산화효소의 발견은 토끼 골격근에서 분리된 포스포릴라아제를 조사하는 일련의 실험에서 나왔다.1955년 에드윈 크렙스와 에드먼드 피셔는 인산가수분해효소의 세린 잔기에 인산가 첨가되어 인산가수분해효소를 b에서 인산가수분해효소를 [3]통해 형태로 전환한다는 것을 결정하기 위해 방사성 라벨이 붙은 ATP를 사용했다.이어서 크렙스와 피셔는 이 인산화효소가 키나아제 캐스케이드의 일부라는 것을 보여주었다.마지막으로 인산화효소의 형태인 포스포릴라아제 a를 정제한 후 토끼간에서 이온교환크로마토그래피로 인산단백질인 인산가수분해효소 I 및 [4]II를 동정하였다.

이러한 탈인산화 단백질의 발견 이후, 인산화 및 탈인산화 가역성은 주로 효소적이지만 비효소 단백질을 [5]포함한 광범위한 기능성 단백질과 연관되어 왔다.에드윈 크렙스와 에드먼드 피셔는 단백질 인산화 [6]가역 발견으로 1992년 노벨 생리의학상을 수상했다.

기능.

PTEN, a phosphatase.
인간인산가수분해효소 및 텐신호몰로지(PTEN)의 결정학적 구조.파란색 N 말단 포스파타아제 도메인의 활성 부위는 노란색으로 표시됩니다.C 터미널 C2 도메인은 [7]빨간색으로 표시됩니다.

특정 표적단백질 내에서 중성이지만 극성 아미노산(예: 세린, 트레오닌 및 티로신)에 속하는 히드록실기의 인산화 및 탈인산화는 모든 생리적 과정의 조절의 기본 부분이다.인산화는 수산화기의 산소에 의한 ATP의 알파 인산염의 친핵 공격을 통해 인산기와 수산기의 공유 변형을 포함한다.탈인산화에는 물 분자를 첨가하여 수화 반응을 통해 인산기를 제거하고 원래의 인산기를 방출하여 수산화기를 재생한다.두 과정 모두 가역적이며 어느 하나의 메커니즘을 사용하여 단백질을 활성화 또는 비활성화할 수 있습니다.단백질의 인산화 작용은 단백질의 활성을 증가시키거나 감소시키기 위해 특정 배위자에 대한 결합을 변경하기 위해 단백질의 구조를 바꾸는 것과 같은 많은 생화학적 효과를 일으킨다.인산화 및 탈인산화효소는 구조 단백질, 효소, 막 채널, 신호 전달 분자, 그리고 다른 키나아제 및 포스파타아제와 같은 모든 종류의 기질에 사용될 수 있다.이 과정들의 합을 [8]인조절이라고 한다.인산화 규제 완화는 [9]질병으로 이어질 수 있다.

번역 후 수정

단백질의 합성 동안 mRNA를 번역하는 리보솜에 의해 생성되는 폴리펩타이드 사슬은 성숙한 형태를 가정하기 전에 반드시 처리되어야 한다.단백질의 탈인화는 종종 효소를 활성화하거나 비활성화함으로써 단백질의 행동을 수정하는 메커니즘이다.단백질 합성 장치의 성분도 인산화 및 탈인산화 과정을 거치기 때문에 단백질 [10]합성 속도를 조절한다.

번역 후 수정의 일부로서 인산기는 세린, 트레오닌 또는 티로신에서 제거될 수 있다.이와 같이 세포내 신호 전달 경로는 다양한 단백질의 순차적 인산화 및 탈인산에 의존한다.

ATP

주요 기사 : 아데노신 삼인산
참고 항목: 질병에서의 탈인산화 역할
ATP4− + HO2 † ADP3− + HPO42− + H+

아데노신 삼인산, 즉 ATP는 모든 살아있는 유기체에서 자유 에너지 "통화"로 작용합니다.자발적 탈인산화 반응에서 30.5kJ/mol이 방출되며, 이는 세포 반응을 촉진하기 위해 이용된다.전반적으로, ATP의 탈인산화와 결합된 비임상 반응은 결합된 반응의 음의 자유 에너지 변화로 인해 자발적이다.이것은 산화적 인산화 촉진에 중요하다.ATP는 ADP와 무기인산으로 [11]탈인화된다.

세포 수준에서, ATPase의 탈인화는 세포 안팎의 이온 흐름을 결정한다.양성자 펌프 억제제는 위장관의 ATPase에 직접 작용하는 약물의 한 종류이다.

다른 반응에서의 탈인산화

ATP 이외의 다른 분자들은 다른 생물학적 시스템의 일부로 탈인산화 과정을 거친다.다른 화합물은 탈인산화 [12]결과로 다른 자유 에너지 변화를 일으킨다.

분자 자유 에너지의 변화
인산아세틸 47.3 kJ/mol
글루코오스-6-인산 13.8 kJ/mol
포스포에놀피루브산(PEP) -61.9 kJ/mo
포스포크레아틴 43.1 kJ/mo

실로시빈은 또한 탈인산에 의존하여 실로신으로 대사되고 더욱 제거된다.자유 에너지의 변화에 대한 실로시빈의 영향에 대한 정보는 현재 없다.

광계 II에서의 탈인산화 중요성

광합성 성분 광의존성 반응의 첫 번째 단백질 복합체를 광계 II라고 한다.복합체는 ATP를 생산하는 데 필요한 모든 전자와 함께 더 큰 광합성 과정을 제공하면서 빛의 광자를 포획하기 위해 효소를 사용합니다.광계 II는 특히 온도에 [13]민감하며, 다양한 온도에 반응하는 가소성의 동인으로서 탈인산화와 관련이 있다.광합성 틸라코이드 막에서 가속 단백질 탈인화는 높은 온도에서 일어나 광계 [14]II 복합체 내에서 주요 단백질의 탈인화에 직접 영향을 미친다.

탈인산화 작용

병리학

소화관에서 막 ATPase와 양성자 펌프의 과도한 탈인화는 가성 펩틱산의 높은 분비율로 이어진다.이것은 속쓰림과 식도염을 일으킨다.헬리코박터균 감염과 함께 소화성 궤양 질환은 pH 탈인산화 [15]유도체 상승에 의해 발생한다.

미세관 관련 단백질 타우는 알츠하이머 환자의 뇌에서 분리되면 비정상적으로 과인산화된다.이것은 타우 단백질의 특정 아미노산에서의 탈인산화 메커니즘의 기능 장애 때문이다.타우탈인산화효소는 단백질 포스파타아제-2A 및 포스파타아제-2B에 의해 촉매된다.한쪽 또는 양쪽 단백질의 결핍 또는 수정은 알츠하이머병에서[16] 타우의 비정상적인 인산화와 관련될 수 있다.

탈인산화 또한 심장 질환, 특히 심장 박동의 근본적인 힘을 제공하는 데 중요한 액틴-미오신 상호작용의 변화와 관련이 있다.탈인산화(Dehosphorylation)는 액틴-미오신 상호작용을 직접적으로 제어하는 미오신 사이클링 역학의 핵심 부분이다.탈인 과정이 중단되면 칼슘 의존성 심장 수축이 손상되거나 완전히 [17]비활성화됩니다.

연구는 또한 탈인산화 수정이 당뇨병과 관련된 생리적 과정에 영향을 미친다는 것을 시사했다.인슐린 수용체 기질-1/2, Akt 및 ERK1/2의 탈인산화 동태는 인슐린 수용체 시그널링에 관여하는 것으로 나타나며, 시험관내 모델은 탈인산화 동태의 변화가 상류 및 하류 인슐린 [18]자극에 영향을 미치는 것을 보여준다.

치료법

양성자[15] 펌프의 억제는 위장관의 산도를 현저히 감소시켜 산과 관련된 질병의 증상을 감소시킨다.이로 인한 pH의 변화는 소화성 궤양의 주요 원인인 H.pylori 박테리아의 생존을 감소시킨다.일단 양성자 펌프 억제제가 내장에서 박테리아를 박멸하면, 역류하는 침식작용을 되돌리죠.심장병 치료는 탈인산화를 [19]통해 AMPK를 억제하는 약물의 사용으로 개선되었다.당뇨병 치료에서 술포닐우레아 약물은 포도당 운반체 GLUT4의 탈인화를 촉진하여 인슐린 저항성을 저하시키고 포도당 [20]이용률을 증가시킨다.

조사 어플리케이션

탈인산은 분자생물학, 특히 제한효소를 이용한 복제에서 중요한 역할을 할 수 있다.벡터의 절단단은 인산화로 인해 결찰 단계에서 다시 결합될 수 있다.탈인산화인산가수분해효소를 사용함으로써 재결합을 [21]회피할 수 있다.이러한 알칼리성 인산가수분해효소는 종종 자연적으로, 가장 일반적으로 송아지 장에서 공급되며,[22] CIP로 약칭됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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