인산화

Phosphorylation
인산화 전후 아미노산 사슬의 세린.

생화학에서 인산화는 분자나 [1]이온에 인산기가 붙는 것을 말합니다.이 과정과 그 역인 탈인산화는 [2]생물학에서 흔히 볼 수 있습니다.단백질 인산화는 종종 많은 [3][4]효소들을 활성화(또는 비활성화)시킵니다.

호흡과 광합성 중에

인산화는 세포에서 "고에너지" 교환 매체인 아데노신 삼인산(ATP)의 생성을 수반하는 혐기성 호흡과 호기성 호흡 과정 모두에 필수적입니다.호기성 호흡 동안 ATP는 산화적 인산화라고 불리는 과정에서 아데노신 이인산(ADP)에 제3인산기를 추가하여 미토콘드리아에서 합성됩니다.ATP는 해당과정에서 기질 수준의 인산화에 의해서도 합성됩니다.ATP는 식물 세포의 엽록체에서 광인산화에 의해 태양 에너지의 희생으로 합성됩니다.

포도당의 인산화

포도당 대사

당의 인산화는 종종 그들의 이화작용의 첫 단계입니다.인산화는 세포가 당을 축적할 수 있게 해주는데 인산기가 분자가 그들의 운반체를 통해 다시 확산되는 것을 막기 때문입니다.포도당의 인산화는 당 대사에서 중요한 반응입니다.해당과정의 첫 번째 단계에서 D-글루코스를 D-글루코스-6-인산으로 전환하기 위한 화학 방정식은 다음과 같습니다.

D-포도당 + ATP → D-포도당 6-인산 + ADP
ΔG° = -16.7 kJ/mol (°는 표준조건에서의 측정을 나타냄)

해당과정

주요 기사:해당과정

해당과정은 다양한 효소의 도움으로 포도당이 피루브산의 두 분자로 분해되는 필수적인 과정입니다.이것은 열 단계로 이루어지며 인산화가 최종 생성물을 얻기 위해 매우 필요하고 필수적인 단계임을 증명합니다.인산화는 준비[5] 단계의 1단계(해당과정의 전반부)에서 반응을 시작하고, 보상 단계의 6단계(해당과정의 [6]2단계)를 시작합니다.

포도당은 본래 세포 안으로 확산되고 세포 밖으로 확산되는 능력을 가진 작은 분자입니다.포도당을 인산화시킴으로써(음으로[7] 대전된 인산기를 만들기 위해 인산기를 추가함으로써), 포도당은 세포막이 음으로 대전되면서 세포 내에 갇히게 되는 포도당 6-인산으로 전환됩니다.이 반응은 많은 6개의 고리 구조를 인산화하는 것을 돕는 효소인 헥소키네이스에 의해 일어납니다.인산화는 3단계에서 일어나는데, 이때 과당-6-인산이 과당 1,6-이중인산으로 전환됩니다.이 반응은 포스포프럭토키네이스에 의해 촉매됩니다.

인산화는 준비 단계 동안 ATP에 의해 수행되는 반면, 보수 단계 동안의 인산화는 무기 인산염에 의해 유지됩니다.글리세르알데하이드 3-인산의 각 분자는 인산화되어 1,3-비스포스포글리세르산을 형성합니다.이 반응은 글리세르알데하이드-3-인산 탈수소효소(GAPDH)에 의해 촉매됩니다.인산화의 연쇄 효과는 결국 불안정을 야기하고 효소가 포도당의 탄소 결합을 열도록 합니다.

인산화 기능은 운반, 조절 및 [8]효율성을 돕기 때문에 해당과정에서 매우 중요한 요소입니다.

글리코겐 합성

글리코겐은 간의 세포에 의해 생산되는 포도당의 장기 저장물입니다.간에서 글리코겐의 합성은 혈당 농도와 직접적인 상관관계가 있습니다.높은 혈당 농도는 간, 골격근 및 지방(아디포스) 조직에서 포도당 6-인산의 세포 내 수준을 증가시킵니다.포도당 6-인산은 글리코젠 합성효소를 조절하는 역할을 합니다.

고혈당은 인슐린을 방출하여 특정 포도당 수송체의 세포막으로의 이동을 자극합니다. ATP-D-글루코스 6-포스포트랜스퍼라제 및 비특이적 헥소키네이스(ATP-D-헥소키네이스 6-포스포트랜스퍼라제)[9][10]에 의해 막을 가로질러 수송되는 동안 포도당은 포도당 6-인산으로 인산화됩니다.간세포는 포도당에 자유롭게 투과할 수 있으며, 포도당의 초기 인산화 속도는 [9]간에 의한 포도당 대사의 속도 제한 단계입니다.

포도당을 이산화탄소와 글리코겐으로 분해하여 혈당 농도를 조절하는 간의 중요한 역할은 음의 깁스 자유에너지(Gibbs free energy, ΔG) 값으로 조절되는 것을 [clarification needed]의미합니다.헥소키네이스 효소는 낮은 미카엘리스 상수m(K)를 가지고 있어 포도당에 대한 친화도가 높다는 것을 나타내므로 혈액 내에서 나노스코픽 스케일의 포도당 수준일 때도 이러한 초기 인산화가 진행될 수 있습니다.

포도당의 인산화는 과당 6-인산(F6P)의 결합에 의해 강화될 수 있고, 과당 1-인산(F1P)의 결합에 의해 감소될 수 있습니다.식단에서 섭취한 과당은 간에서 F1P로 전환됩니다.이것은 글루코키네이스에 [11]대한 F6P의 작용을 부정하며, 이것은 궁극적으로 순방향 반응을 선호합니다.과당을 인산화하는 간세포의 능력은 과당-1-인산을 대사하는 능력을 초과합니다.과당을 과다 섭취하면 궁극적으로 간 대사의 불균형을 초래하고, 이는 간접적으로 [12]간세포의 ATP 공급을 고갈시킵니다.

이펙터 역할을 하는 글루코스 6-인산에 의한 알로스테릭 활성화는 글리코겐 합성효소를 자극하고, 글루코스 6 인산은 순환 AMP-자극 단백질 [10]키나아제에 의한 글리코겐 합성효소의 인산화를 억제할 수 있습니다.

기타공정

포도당의 인산화는 몸 안에서 일어나는 과정에서 필수적입니다.예를 들어, 포도당을 인산화하는 것은 심장 내에서 라파마이신 경로 활성의 인슐린 의존적 기계론적 표적에 필요합니다.이것은 또한 중간 대사와 심장 [13]성장 사이의 연관성을 암시합니다.

단백질인산화

주요 기사 : 단백질 인산화

단백질 인산화는 진핵생물에서 번역 후 가장 풍부한 변형입니다.인산화는 포스포에스터 결합 형성을 통해 세린, 트레오닌 및 티로신 측쇄(종종 '잔류물'로 불림), 포스포에스터 결합을 통해 히스티딘, 라이신 및 아르기닌, 및 혼합 무수물 연결을 통해 아스파르트산 및 글루탐산에서 발생할 수 있습니다.최근의 증거는 이미다졸 [14][15]고리의 1 N 원자와 3 N 원자 모두에서 광범위한 히스티딘 인산화를 확인합니다.최근의 연구는 HeLa 세포 [16]추출물의 인산화된 히스티딘, 아스파르트산, 글루타메이트, 시스테인, 아르기닌 및 라이신을 포함하는 모티프를 포함한 다수의 비-식성 아미노산에 대한 광범위한 인간 단백질 인산화를 보여줍니다.그러나, 이러한 인산화된 잔기들의 화학적 능력, 그리고 Ser, Thr 및 Tyr 인산화와는 현저한 대조적으로, 표준 생화학적 및 질량 분석 접근법을 사용하여 인산화된 히스티딘(및 기타 비-식성 아미노산)의 분석은 훨씬 더 도전적이고[16][17][18] 특별한 절차 및 분리 기술이 있습니다.이는 고전적인 Ser,[19] Thr 및 Tyr 인산화와 함께 그들의 보존에 필요합니다.

생화학에서 단백질 인산화의 중요한 역할은 이 주제에 대해 발표된 거대한 연구체에 의해 설명됩니다 (2015년 3월 현재, MEDLINE 데이터베이스는 주로 단백질 인산화에 관한 240,000개 이상의 기사를 반환합니다).

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Betts, J. Gordon (2013). "2.5 Organic compounds essential for human functioning". Anatomy & physiology. OpenStax. ISBN 978-1-947172-04-3. Retrieved 16 April 2023.
  2. ^ Chen J, He X, Jakovlić I (November 2022). "Positive selection-driven fixation of a hominin-specific amino acid mutation related to dephosphorylation in IRF9". BMC Ecology and Evolution. 22 (1): 132. doi:10.1186/s12862-022-02088-5. PMC 9650800. PMID 36357830. S2CID 253448972. Creative Commons Attribution 4.0 International License로 이용할 수 있는 이 소스에서 텍스트를 복사했습니다.
  3. ^ Oliveira AP, Sauer U (March 2012). "The importance of post-translational modifications in regulating Saccharomyces cerevisiae metabolism". FEMS Yeast Research. 12 (2): 104–117. doi:10.1111/j.1567-1364.2011.00765.x. PMID 22128902.
  4. ^ Tripodi F, Nicastro R, Reghellin V, Coccetti P (April 2015). "Post-translational modifications on yeast carbon metabolism: Regulatory mechanisms beyond transcriptional control". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects. 1850 (4): 620–627. doi:10.1016/j.bbagen.2014.12.010. hdl:10281/138736. PMID 25512067.
  5. ^ Chapter 14: Glycolysis and the Catabolism of Hexoses.
  6. ^ Garrett R (1995). Biochemistry. Saunders College.
  7. ^ "Hexokinase - Reaction". www.chem.uwec.edu. Retrieved 2020-07-29.
  8. ^ Maber J. "Introduction to Glycolysis". Retrieved 18 November 2017.
  9. ^ a b Walker DG, Rao S (February 1964). "The role of glucokinase in the phosphorylation of glucose by rat liver". The Biochemical Journal. 90 (2): 360–368. doi:10.1042/bj0900360. PMC 1202625. PMID 5834248.
  10. ^ a b Villar-Palasí C, Guinovart JJ (June 1997). "The role of glucose 6-phosphate in the control of glycogen synthase". FASEB Journal. 11 (7): 544–558. doi:10.1096/fasebj.11.7.9212078. PMID 9212078. S2CID 2789124.
  11. ^ Walker DG, Rao S (February 1964). "The role of glucokinase in the phosphorylation of glucose by rat liver". The Biochemical Journal. 90 (2): 360–368. doi:10.1042/bj0900360. PMC 1202625. PMID 5834248.
  12. ^ "Regulation of Glycolysis". cmgm.stanford.edu. Retrieved 2017-11-18.
  13. ^ Sharma S, Guthrie PH, Chan SS, Haq S, Taegtmeyer H (October 2007). "Glucose phosphorylation is required for insulin-dependent mTOR signalling in the heart". Cardiovascular Research. 76 (1): 71–80. doi:10.1016/j.cardiores.2007.05.004. PMC 2257479. PMID 17553476.
  14. ^ Fuhs SR, Hunter T (April 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.
  15. ^ Fuhs SR, Meisenhelder J, Aslanian A, Ma L, Zagorska A, Stankova M, et al. (July 2015). "Monoclonal 1- and 3-Phosphohistidine Antibodies: New Tools to Study Histidine Phosphorylation". Cell. 162 (1): 198–210. doi:10.1016/j.cell.2015.05.046. PMC 4491144. PMID 26140597.
  16. ^ a b Hardman G, Perkins S, Brownridge PJ, Clarke CJ, Byrne DP, Campbell AE, et al. (October 2019). "Strong anion exchange-mediated phosphoproteomics reveals extensive human non-canonical phosphorylation". The EMBO Journal. 38 (21): e100847. doi:10.15252/embj.2018100847. PMC 6826212. PMID 31433507.
  17. ^ Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Hardman GE, Eyers CE (June 2014). "Gas-phase intermolecular phosphate transfer within a phosphohistidine phosphopeptide dimer". International Journal of Mass Spectrometry. 367: 28–34. Bibcode:2014IJMSp.367...28G. doi:10.1016/j.ijms.2014.04.015. PMC 4375673. PMID 25844054.
  18. ^ Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Helm M, Eyers CE (August 2013). "Attempting to rewrite History: challenges with the analysis of histidine-phosphorylated peptides". Biochemical Society Transactions. 41 (4): 1089–1095. doi:10.1042/bst20130072. PMID 23863184.
  19. ^ Hardman G, Perkins S, Ruan Z, Kannan N, Brownridge P, Byrne DP, Eyers PA, Jones AR, Eyers CE (2017). "Extensive non-canonical phosphorylation in human cells revealed using strong-anion exchange-mediated phosphoproteomics". bioRxiv 10.1101/202820.

외부 링크