الفسفرة

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
السيرين في سلسلة الأحماض الأمينية، قبل وبعد الفسفرة.

في الكيمياء الحيوية ، يُوصف الفسفرة بأنها "نقل مجموعة فوسفات " من مانح إلى مستقبل [ 1 ] أو إضافة مجموعة فوسفات إلى جزيء. ومن عوامل الفسفرة الشائعة (مانح الفوسفات) الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP ) ، ومن عائلة المستقبلات الشائعة الكحولات .

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

يمكن كتابة هذه المعادلة بعدة طرق متقاربة تصف سلوكيات حالات البروتون المختلفة لجزيئات ATP وADP والناتج المُفسفر. وكما هو واضح من المعادلة، لا تنتقل مجموعة الفوسفات بحد ذاتها، بل مجموعة الفوسفوريل (PO₄³⁻ ) . الفوسفوريل مُحِبّ للإلكترونات . [ ٢ ] هذه العملية وعكسها، إزالة الفسفرة ، شائعتان في علم الأحياء . [ ٣ ] غالبًا ما تُنشّط فسفرة البروتين (أو تُعطّل) العديد من الإنزيمات . [ ٤ ] [ ٥ ]

يتم إنتاج ATP عن طريق الفسفرة

على الرغم من أن النقاش غالبًا ما يدور حول استهلاك الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) (وغيره من جزيئات GTP)، إلا أن الفسفرة تُعدّ أيضًا عنصرًا أساسيًا في إنتاج هذه الجزيئات الغنية بالطاقة. يتم إنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق:

فسفرة الجلوكوز

استقلاب الجلوكوز

غالبًا ما تكون فسفرة السكريات المرحلة الأولى في عملية هدمها . تسمح الفسفرة للخلايا بتخزين السكريات لأن مجموعة الفوسفات تمنع الجزيئات من الانتشار عكسيًا عبر ناقلها . تُعد فسفرة الجلوكوز تفاعلًا رئيسيًا في استقلاب السكريات. المعادلة الكيميائية لتحويل D-جلوكوز إلى D-جلوكوز-6-فوسفات في الخطوة الأولى من تحلل الجلوكوز هي:

د-جلوكوز + ATP → د- جلوكوز 6-فوسفات + ADP
ΔG ° = −16.7 kJ/mol (° تشير إلى القياس في الظروف القياسية)
عملية تحلل الجلوكوز هي عملية تقوم بتفكيك الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات، باستخدام ATP و NADH بالإضافة إلى إنتاجه.

يتحول الجلوكوز إلى جلوكوز-6-فوسفات بواسطة إنزيم هيكسوكيناز . ويتحول فركتوز-6-فوسفات إلى فركتوز 1،6-ثنائي الفوسفات . ويحفز هذا التفاعل إنزيم فوسفوفركتوكيناز .

يُفسفر جليسرالدهيد 3-فوسفات مرة أخرى ليعطي 1،3-بيسفوسفوجليسيرات . ويتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم جليسرالدهيد-3-فوسفات ديهيدروجينيز (GAPDH).

تخليق الجليكوجين

يلعب فسفرة الجلوكوز إلى جلوكوز 6-فوسفات دورًا في تنظيم إنزيم جليكوجين سينثاز .

يُفسفر الجلوكوز إلى جلوكوز 6-فوسفات للسماح بنقله عبر الغشاء بواسطة إنزيم ناقل فوسفات الجلوكوز-D-ATP وإنزيم هيكسوكيناز غير النوعي (ناقل فوسفات هيكسوز-D-ATP). [ 6 ] [ 7 ] خلايا الكبد نفاذة للجلوكوز، ومعدل الفسفرة الأولي للجلوكوز هو الخطوة المحددة لمعدل استقلاب الجلوكوز في الكبد. [ 6 ]

يتميز دور الكبد المحوري في تنظيم مستويات السكر في الدم، من خلال تحويل الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والجليكوجين، بقيمة طاقة جيبس ​​الحرة السالبة (ΔG)، مما يشير إلى أن هذه نقطة تنظيمية . يتميز إنزيم الهيكسوكيناز بثابت مايكليس منخفض (K<sub> m </sub> )، مما يدل على ألفة عالية للجلوكوز، وبالتالي يمكن أن تتم عملية الفسفرة الأولية حتى عندما تكون مستويات الجلوكوز في الدم على مستوى النانومتر.

يمكن تعزيز فسفرة الجلوكوز عن طريق ارتباط فركتوز 6-فوسفات (F6P)، وتقليلها عن طريق ارتباط فركتوز 1-فوسفات (F1P). يتحول الفركتوز المُستهلك في النظام الغذائي إلى F1P في الكبد. وهذا يُبطل تأثير F6P على إنزيم جلوكوكيناز، [ 6 ] مما يُفضّل في النهاية التفاعل الأمامي. تتجاوز قدرة خلايا الكبد على فسفرة الفركتوز قدرتها على استقلاب فركتوز 1-فوسفات. يؤدي استهلاك كميات زائدة من الفركتوز في النهاية إلى اختلال في استقلاب الكبد، مما يُستنفد بشكل غير مباشر مخزون خلايا الكبد من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). [ 8 ]

يحفز التنشيط التآزري بواسطة الجلوكوز-6-فوسفات، الذي يعمل كمؤثر، إنزيم سينثاز الجليكوجين، وقد يثبط الجلوكوز-6-فوسفات فسفرة إنزيم سينثاز الجليكوجين بواسطة بروتين كيناز المحفز بواسطة AMP الحلقي . [ 7 ]

عمليات أخرى

يُعدّ فسفرة الجلوكوز عمليةً حيويةً في العمليات الحيوية داخل الجسم. فعلى سبيل المثال، تُعدّ فسفرة الجلوكوز ضروريةً لنشاط مسار mTOR المعتمد على الأنسولين في القلب. وهذا يُشير إلى وجود صلة بين عمليات الأيض الوسيطة ونمو القلب. [ 9 ]

فسفرة البروتين

يُعدّ فسفرة البروتين أكثر التعديلات اللاحقة للترجمة شيوعًا في حقيقيات النوى. وتُعتبر بقايا الأحماض الأمينية الفوسفورية الأكثر شيوعًا هي السيرين والثريونين والتيروسين بنسبة 1800:200:1. [ 10 ] تتم فسفرة السلاسل الجانبية لهذه البقايا من خلال تكوين روابط فوسفاتية ، وعلى الهيستيدين والليسين والأرجينين من خلال روابط فوسفوراميدات ، وعلى حمض الأسبارتيك وحمض الجلوتاميك من خلال روابط أنهيدريد مختلطة .

يُعدّ فسفرة البروتين ظاهرة شائعة في الأحماض الأمينية غير التقليدية لدى الإنسان، بما في ذلك الأنماط التي تحتوي على الهيستيدين، والأسبارتات، والغلوتامات، والسيستين ، والأرجينين، والليسين المفسفرة في مستخلصات خلايا هيلا. [ 11 ] يُفسفر الهيستيدين عند ذرتي النيتروجين 1 و3 في حلقة الإيميدازول . [ 12 ] [ 13 ] يُعدّ التيروسين المفسفر أكثر استقرارًا من السيرين والثريونين المفسفرين، واللذان بدورهما أكثر استقرارًا من الأحماض الأمينية المفسفرة الأخرى. [ 10 ] ولذلك، فإن تحليل الهيستيدين المفسفر (وغيره من الأحماض الأمينية غير التقليدية) باستخدام الطرق الكيميائية الحيوية القياسية وطرق قياس الطيف الكتلي يُعدّ أكثر صعوبة. [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ] ويتطلب الأمر إجراءات خاصة وتقنيات فصل للحفاظ عليه جنبًا إلى جنب مع فسفرة السيرين، والثريونين، والتيروسين التقليدية. [ 16 ]

يتضح الدور البارز لفسفرة البروتين في الكيمياء الحيوية من خلال العديد من المنشورات حول هذا الموضوع (اعتبارًا من مارس 2015، تُظهر قاعدة بيانات MEDLINE أكثر من 240000 مقالة، معظمها حول فسفرة البروتين ).

للمزيد من القراءة

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

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "الفسفرة" . كتاب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الذهبي . 2014. doi : 10.1351/goldbook.PT06790 .
  2. ↑ آدامز، جوزيف أ. (2001). "الآليات الحركية والحفزية لكينازات البروتين". مراجعات كيميائية . 101 (8): 2271-2290 . doi : 10.1021/cr000230w . PMID 11749373 . 
  3. ↑ تشين جيه، هي إكس، جاكوفليتش آي (نوفمبر 2022). "تثبيت طفرة حمض أميني خاصة بالبشر مرتبطة بإزالة الفسفرة في IRF9، مدفوعة بالانتقاء الإيجابي" . بي إم سي إيكولوجي آند إيفولوشن . 22 (1) 132. doi : 10.1186/s12862-022-02088-5 . PMC 9650800. PMID 36357830. S2CID 253448972 .    تم نسخ النص من هذا المصدر، وهو متاح بموجب ترخيص Creative Commons Attribution 4.0 International License .
  4. ↑ أوليفيرا إيه بي، ساور يو (مارس 2012). "أهمية التعديلات ما بعد الترجمة في تنظيم استقلاب الخميرة Saccharomyces cerevisiae" . مجلة أبحاث الخميرة FEMS . 12 (2): 104-117 . doi : 10.1111/j.1567-1364.2011.00765.x . PMID 22128902 . 
  5. ↑ تريبودي ف، نيكاسترو ر، ريغيلين ف، كوتشيتي ب (أبريل 2015). "التعديلات اللاحقة للترجمة على استقلاب الكربون في الخميرة: آليات تنظيمية تتجاوز التحكم النسخي". مجلة بيوشيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - مواضيع عامة . 1850 (4): 620-627 . doi : 10.1016/j.bbagen.2014.12.010 . hdl : 10281/138736 . PMID 25512067 . 
  6. 1 2 3 ووكر دي جي، راو إس (فبراير 1964). "دور إنزيم جلوكوكيناز في فسفرة الجلوكوز بواسطة كبد الفئران" . المجلة البيوكيميائية . 90 (2): 360-368 . doi : 10.1042/bj0900360 . PMC 1202625. PMID 5834248 .  
  7. 1 2 فيلار-بالاسي سي، غينوفارت جيه جيه (يونيو 1997). "دور جلوكوز 6-فوسفات في تنظيم إنزيم جليكوجين سينثاز" . مجلة FASEB . 11 (7): 544-558 . doi : 10.1096/fasebj.11.7.9212078 . PMID 9212078. S2CID 2789124 .  
  8. ↑ "تنظيم عملية تحلل الجلوكوز" . cmgm.stanford.edu . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2009-03-03 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2017-11-18 .
  9. ↑ شارما إس، غوثري بي إتش، تشان إس إس، حق إس، تاغتماير إتش (أكتوبر 2007). "فسفرة الجلوكوز ضرورية لإشارات mTOR المعتمدة على الأنسولين في القلب" . أبحاث القلب والأوعية الدموية . 76 (1): 71-80 . doi : 10.1016/j.cardiores.2007.05.004 . PMC 2257479. PMID 17553476 .  
  10. 1 2 مان، ماتياس؛ أونغ، شاو إن؛ غرونبورغ، مادز؛ ستين، هانو؛ جنسن، أولي ن.؛ باندي، أخيلش (يونيو 2002). "تحليل فسفرة البروتين باستخدام مطياف الكتلة: فك شفرة البروتينات المفسفرة". اتجاهات في التكنولوجيا الحيوية . 20 (6): 261-268 . doi : 10.1016/s0167-7799(02)01944-3 . ISSN 0167-7799 . PMID 12007495 .  
  11. 1 2 هاردمان جي، بيركنز إس، براونريدج بي جيه، كلارك سي جيه، بيرن دي بي، كامبل إيه إي، وآخرون . (أكتوبر 2019). "يكشف تحليل البروتينات الفوسفورية بوساطة التبادل الأيوني القوي عن فسفرة غير تقليدية واسعة النطاق في الإنسان" . مجلة EMBO . 38 (21) e100847. doi : 10.15252/embj.2018100847 . PMC 6826212. PMID 31433507 .   
  12. ↑ فوهس إس آر، وهنتر تي (أبريل 2017). " فسفرة الهيستيدين: ظهور فسفرة الهيستيدين كتعديل تنظيمي قابل للعكس" . الرأي الحالي في بيولوجيا الخلية . 45 : 8-16 . doi : 10.1016/j.ceb.2016.12.010 . PMC 5482761. PMID 28129587 .  
  13. ↑ فوهس إس آر، مايزنهيلدر جيه، أسلانيان إيه، ما إل، زاجورسكا إيه، ستانكوفا إم، وآخرون . (يوليو 2015). "الأجسام المضادة وحيدة النسيلة للفوسفوهيستيدين 1 و 3: أدوات جديدة لدراسة فسفرة الهيستيدين" . مجلة Cell . 162 (1): 198-210 . doi : 10.1016/j.cell.2015.05.046 . PMC 4491144. PMID 26140597 .   
  14. ↑ غونزاليس-سانشيز إم بي، لانوكارا إف، هاردمان جي إي، إيرز سي إي (يونيو 2014). "انتقال الفوسفات بين الجزيئات في الطور الغازي ضمن ثنائي فوسفوببتيد فوسفوهيستيدين" . المجلة الدولية لعلم قياس الطيف الكتلي . 367 : 28-34 . Bibcode : 2014IJMSp.367...28G . doi : 10.1016/j.ijms.2014.04.015 . PMC 4375673. PMID 25844054 .  
  15. ↑ غونزاليس-سانشيز إم بي، لانوكارا إف، هيلم إم، إيرز سي إي (أغسطس 2013). "محاولة إعادة كتابة التاريخ: تحديات تحليل الببتيدات المفسفرة بالهيستيدين". معاملات الجمعية الكيميائية الحيوية . 41 (4): 1089-1095 . doi : 10.1042/bst20130072 . PMID 23863184 . 
  16. ↑ هاردمان جي، بيركنز إس، روان زد، كانان إن، براونريدج بي، بيرن دي بي، إيرز بي إيه، جونز إيه آر، إيرز سي إي (2017). "كشف عن فسفرة غير تقليدية واسعة النطاق في الخلايا البشرية باستخدام علم البروتينات الفسفورية بوساطة التبادل الأنيوني القوي". bioRxiv 10.1101/202820 . 
  17. ↑ جونسون، لويز ن.؛ لويس، ريتشارد ج. (2001). "الأساس البنيوي للتحكم عن طريق الفسفرة". مراجعات كيميائية . 101 (8): 2209-2242 . doi : 10.1021/cr000225s . PMID 11749371 . 
  18. ↑ سايتو، هارو (2001). "فسفرة الهيستيدين وإشارات المكونين في الخلايا حقيقية النواة". مراجعات كيميائية . 101 (8): 2497-2510 . doi : 10.1021/cr000243+ . PMID 11749385 . 
  19. ↑ آن، ناتالي (2001). "مقدمة: فسفرة البروتين والإشارات" . مراجعات كيميائية . 101 (8): 2207-2208 . doi : 10.1021/cr010144b .
  20. ↑ ديماكوس، فيكتوريا؛ تايلور، مارك س. (2018). "التفعيل الانتقائي لمواقع مجموعات الهيدروكسيل في مشتقات الكربوهيدرات". مراجعات كيميائية . 118 (23): 11457-11517 . doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00442 . PMID 30507165 . 
  • التحليلات الوظيفية لفسفرة البروتين المستهدف في مواقع محددة داخل الخلايا (بروتوكول)