การฟอสโฟรีเลชัน
กระบวนการทางเคมีของการนำฟอสเฟตเข้ามา
เซอรีนในโซ่กรดอะมิโน ก่อนและหลังการฟอสโฟรีเลชัน

ในชีวเคมีการฟอสโฟรีเลชันคือการเชื่อมต่อ กลุ่ม ฟอสเฟตเข้ากับโมเลกุลหรือไอออน[1]กระบวนการนี้และกระบวนการย้อนกลับที่เรียกว่าดีฟอสโฟรีเลชันเป็นเรื่องปกติในทางชีววิทยา[2] การฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนมักจะกระตุ้น (หรือทำให้ไม่ทำงาน) เอนไซม์หลายชนิด[ 3 ] [4]

ขณะหายใจ

การฟอสโฟรีเลชันมีความจำเป็นต่อกระบวนการหายใจ ทั้ง แบบไม่ใช้ออกซิเจนและ แบบใช้ออกซิเจน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการผลิตอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นตัวกลางในการแลกเปลี่ยน "พลังงานสูง" ในเซลล์ ในระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ATP จะถูกสังเคราะห์ในไมโตคอนเดรียโดยการเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตที่สามลงในอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) ในกระบวนการที่เรียกว่าการฟอสโฟรีเลชันแบบออกซิเดชัน นอกจากนี้ ATP ยังถูกสังเคราะห์โดยการฟอสโฟรีเลชันระดับสารตั้งต้นระหว่างการไกลโคลิซิส อีก ด้วย ATP ถูกสังเคราะห์โดยแลกมากับพลังงานแสงอาทิตย์โดยการฟอสโฟรีเลชันด้วยแสงในคลอโรพ ลาสต์ ของเซลล์พืช

การฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคส

การเผาผลาญกลูโคส

การฟอสโฟรีเลชันของน้ำตาลมักเป็นขั้นตอนแรกใน กระบวนการ ย่อยสลาย น้ำตาล การฟอสโฟรีเลชันทำให้เซลล์สามารถสะสมน้ำตาลได้ เนื่องจากกลุ่มฟอสเฟตจะป้องกันไม่ให้โมเลกุลแพร่กระจายกลับผ่านตัวขนส่งการฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสเป็นปฏิกิริยาสำคัญในกระบวนการเผาผลาญน้ำตาล สมการทางเคมีสำหรับการแปลง D-กลูโคสเป็น D-กลูโคส-6-ฟอสเฟตในขั้นตอนแรกของไกลโคลิซิสแสดงไว้ดังนี้:

D-กลูโคส + ATP → D- กลูโคส 6-ฟอสเฟต + ADP
ΔG ° = −16.7 kJ/mol (° หมายถึงการวัดภายใต้สภาวะมาตรฐาน)

ไกลโคลิซิส

ไกลโคไลซิสเป็นกระบวนการสำคัญในการย่อยสลายกลูโคสให้เป็นโมเลกุลไพรูเวต สองโมเลกุล ผ่านขั้นตอนต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ต่างๆ กระบวนการนี้เกิดขึ้นใน 10 ขั้นตอน และพิสูจน์ให้เห็นว่าการฟอสโฟรีเลชันเป็นขั้นตอนที่จำเป็นและจำเป็นอย่างยิ่งในการบรรลุผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การฟอสโฟรีเลชันเริ่มต้นปฏิกิริยาในขั้นตอนที่ 1 ของขั้นตอนการเตรียมการ[5] (ครึ่งแรกของไกลโคไลซิส) และเริ่มขั้นตอนที่ 6 ของระยะจ่ายออก (ระยะที่สองของไกลโคไลซิส) [6]

กลูโคสเป็นโมเลกุลขนาดเล็กตามธรรมชาติที่มีความสามารถในการแพร่กระจายเข้าและออกจากเซลล์ โดยการฟอสโฟรีเลตกลูโคส (โดยการเพิ่มกลุ่มฟอสโฟรีลเพื่อสร้างกลุ่มฟอสเฟต ที่มีประจุลบ [7] ) กลูโคสจะถูกแปลงเป็นกลูโคส-6-ฟอสเฟตซึ่งถูกกักไว้ในเซลล์ในขณะที่เยื่อหุ้มเซลล์มีประจุลบ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเนื่องจากเอนไซม์เฮกโซไคเนสซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ช่วยฟอสโฟรีเลตโครงสร้างวงแหวนหกเหลี่ยมจำนวนมาก การฟอสโฟรีเลตเกิดขึ้นในขั้นตอนที่ 3 ซึ่งฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตจะถูกแปลงเป็นฟรุกโตส 1,6-ไบส ฟอสเฟต ปฏิกิริยานี้ได้รับการเร่งปฏิกิริยาโดยฟอสโฟฟรุกโตไคเนส

ในขณะที่การฟอสโฟรีเลชันดำเนินการโดย ATP ในระหว่างขั้นตอนการเตรียมการ การฟอสโฟรีเลชันในช่วงการจ่ายออกจะคงอยู่โดยฟอสเฟตอนินทรีย์ โมเลกุลของกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต แต่ละโมเลกุล จะถูกฟอสโฟรีเลตเพื่อสร้าง1,3-ไบฟอสโฟ กลีเซอเรต ปฏิกิริยานี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย กลี เซอรัลดีไฮด์-3-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส (GAPDH) ผลต่อเนื่องของการฟอสโฟรีเลชันจะทำให้เกิดความไม่เสถียรในที่สุดและทำให้เอนไซม์เปิดพันธะคาร์บอนในกลูโคสได้

หน้าที่ของฟอสโฟรีเลชันเป็นองค์ประกอบที่สำคัญอย่างยิ่งของไกลโคไลซิส เนื่องจากช่วยในการขนส่ง ควบคุม และประสิทธิภาพ[8]

การสังเคราะห์ไกลโคเจน

ไกลโคเจนเป็นแหล่งสะสมกลูโคสระยะยาวที่ผลิตโดยเซลล์ของตับในตับการสังเคราะห์ไกลโคเจนมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มข้นของกลูโคสในเลือด ความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดที่สูงทำให้ระดับกลูโคส 6-ฟอสเฟตภายในเซลล์ในตับกล้ามเนื้อโครงร่างและเนื้อเยื่อไขมัน ( ไขมัน ) เพิ่มขึ้น กลูโคส 6-ฟอสเฟตมีบทบาทในการควบคุมไกลโคเจนซินเทส

ระดับน้ำตาลในเลือดที่สูงจะหลั่งอินซูลินกระตุ้นการเคลื่อนย้ายของตัวลำเลียงกลูโคสเฉพาะไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ กลูโคสจะถูกฟอสโฟรีเลตเป็นกลูโคส 6-ฟอสเฟตระหว่างการขนส่งข้ามเยื่อหุ้มเซลล์โดยเอทีพี-ดี-กลูโคส 6- ฟอสโฟทรานสเฟอเร สและ เฮกโซไคเนสที่ไม่จำเพาะ(เอทีพี-ดี-เฮกโซส 6-ฟอสโฟทรานสเฟอเรส) [9] [10]เซลล์ตับสามารถผ่านกลูโคสได้อย่างอิสระ และอัตราเริ่มต้นของการฟอสโฟรีเลตกลูโคสเป็นขั้นตอนที่จำกัดอัตราในกระบวนการเผาผลาญกลูโคสโดยตับ[9]

บทบาทสำคัญของตับในการควบคุมความเข้มข้นของน้ำตาลในเลือดโดยการย่อยกลูโคสให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไกลโคเจนนั้นมีลักษณะเฉพาะคือ ค่า พลังงานอิสระของกิ๊บส์ (ΔG) ที่เป็นลบ ซึ่งบ่งชี้ว่านี่เป็นจุดควบคุมด้วย[ ต้องการคำชี้แจง ]เอนไซม์เฮกโซไคเนสมีค่าคงที่ไมเคิลิส ต่ำ (K m ) ซึ่งบ่งชี้ว่ามีความสัมพันธ์สูงกับกลูโคส ดังนั้นการฟอสโฟรีเลชันเบื้องต้นนี้สามารถดำเนินต่อไปได้แม้ว่าระดับกลูโคสในระดับนาโนภายในเลือดก็ตาม

การฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการจับกับฟรุกโตส 6-ฟอสเฟต (F6P) และลดลงโดยการจับกับฟรุกโตส 1-ฟอสเฟต (F1P) ฟรุกโตสที่บริโภคในอาหารจะถูกแปลงเป็น F1P ในตับ สิ่งนี้จะขัดกับการกระทำของ F6P ต่อกลูโคไคเนส[11]ซึ่งท้ายที่สุดแล้วสนับสนุนปฏิกิริยาไปข้างหน้า ความสามารถในการฟอสโฟรีเลชันฟรุกโตสของเซลล์ตับเกินความสามารถในการเผาผลาญฟรุกโตส-1-ฟอสเฟต การบริโภคฟรุกโตสมากเกินไปในท้ายที่สุดจะส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลในการเผาผลาญของตับ ซึ่งทำให้อุปทาน ATP ของเซลล์ตับหมดไปโดยอ้อม[12]

การกระตุ้นอัลโลสเตอริกโดยกลูโคส 6-ฟอสเฟต ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้น กระตุ้นไกลโคเจนซินเทส และกลูโคส 6 ฟอสเฟตอาจยับยั้งการฟอสโฟรีเลชันของไกลโคเจนซินเทสโดยโปรตีนไคเน ส ที่ถูกกระตุ้นโดยไซคลิกแอมป์[10]

กระบวนการอื่นๆ

การฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสมีความจำเป็นในกระบวนการต่างๆ ภายในร่างกาย ตัวอย่างเช่น การฟอสโฟรีเลชันกลูโคสมีความจำเป็นสำหรับเป้าหมายเชิงกลไกของกิจกรรมของเส้นทางแรพามัยซินที่ขึ้นอยู่กับอินซูลินภายในหัวใจ สิ่งนี้ยังชี้ให้เห็นถึงความเชื่อมโยงระหว่างการเผาผลาญตัวกลางและการเจริญเติบโตของหัวใจอีกด้วย[13]

การฟอสโฟรีเลชันของโปรตีน

การฟอสโฟรีเลชันของโปรตีน เป็นการ ดัดแปลงหลังการแปลที่พบมากที่สุดในยูคาริโอต การฟอสโฟรีเลชันสามารถเกิดขึ้นบน โซ่ข้างของ เซอรีนทรีโอนีนและไทโรซีน (กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ บนกากของโซ่ข้าง) ผ่าน การสร้าง พันธะฟอสโฟเอสเทอร์บนฮีสทิดีนไลซีนและอาร์จินีนผ่านพันธะฟอสโฟรามิเดตและบนกรดแอสปาร์ติกและกรดกลูตามิกผ่านพันธะแอนไฮไดรด์ ผสม หลักฐานล่าสุดยืนยันการฟอสโฟรีเลชันของฮีสทิดีนอย่างแพร่หลายที่อะตอม N 1 และ 3 ของวงแหวนอิมีดาโซล[14] [15]งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นการฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนในมนุษย์อย่างแพร่หลายบนกรดอะมิโนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมหลายชนิด รวมถึงโมทิฟที่มีฮีสทิดีน แอสปาร์เทต กลูตาเมต ซิสเทอีน อาร์จินีน และไลซีนที่ถูกฟอสโฟรีเลชันในสารสกัดจากเซลล์ HeLa [16]อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความไม่เสถียรทางเคมีของสารตกค้างที่ถูกฟอสโฟรีเลตเหล่านี้ และมีความแตกต่างอย่างชัดเจนกับการฟอสโฟรีเลตของ Ser, Thr และ Tyr การวิเคราะห์ฮีสทิดีนที่ถูกฟอสโฟรีเลต (และกรดอะมิโนที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมอื่นๆ) โดยใช้แนวทางมาตรฐานทางชีวเคมีและแมสสเปกโตรเมทรีจึงมีความท้าทายมากกว่ามาก[16] [17] [18]และจำเป็นต้องมีขั้นตอนพิเศษและเทคนิคการแยกเพื่อเก็บรักษาไว้ควบคู่ไปกับการฟอสโฟรีเลตของ Ser, Thr และ Tyr แบบคลาสสิก[19]

บทบาทที่โดดเด่นของการฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนในชีวเคมีนั้นแสดงให้เห็นได้จากผลการศึกษาจำนวนมากที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับหัวข้อนี้ (ณ เดือนมีนาคม พ.ศ. 2558 ฐานข้อมูล MEDLINEส่งคืนบทความมากกว่า 240,000 บทความ ส่วนใหญ่เกี่ยวกับ การฟอสโฟรีเลชัน ของโปรตีน )

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. ^ Betts, J. Gordon (2013). "2.5 สารประกอบอินทรีย์ที่จำเป็นต่อการทำงานของมนุษย์" กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา OpenStax ISBN 978-1-947172-04-3. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2023-03-31 . สืบค้นเมื่อ16 เมษายน 2023 .
  2. ^ Chen J, He X, Jakovlić I (พฤศจิกายน 2022). "การตรึงที่ขับเคลื่อนโดยการคัดเลือกเชิงบวกของการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโนเฉพาะโฮมินินที่เกี่ยวข้องกับการดีฟอสโฟรีเลชันใน IRF9" BMC Ecology and Evolution . 22 (1): 132. doi : 10.1186/s12862-022-02088-5 . PMC 9650800 . PMID  36357830. S2CID  253448972  ข้อความนี้คัดลอกมาจากแหล่งนี้ ซึ่งได้รับอนุญาตภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์แสดงที่มา 4.0 สากล
  3. ^ Oliveira AP, Sauer U (มีนาคม 2012). "ความสำคัญของการดัดแปลงหลังการแปลในการควบคุมการเผาผลาญของ Saccharomyces cerevisiae" 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 (เมษายน 2015). "การดัดแปลงหลังการแปลในการเผาผลาญคาร์บอนของยีสต์: กลไกการควบคุมที่อยู่เหนือการควบคุมการถอดรหัส" 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. ^ บทที่ 14: ไกลโคไลซิสและการสลายตัวของเฮกโซส เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2021-10-17 . สืบค้นเมื่อ 2016-05-14 .
  6. ^ Garrett R (1995). ชีวเคมี . วิทยาลัยซอนเดอร์ส
  7. ^ "Hexokinase - Reaction". www.chem.uwec.edu . เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2 ธันวาคม 2020. สืบค้นเมื่อ29 กรกฎาคม 2020 .
  8. ^ Maber J. "Introduction to Glycolysis". เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 6 เมษายน 2017 . สืบค้นเมื่อ18 พฤศจิกายน 2017 .
  9. ^ ab Walker DG, Rao S (กุมภาพันธ์ 1964). "บทบาทของกลูโคไคเนสในการฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสโดยตับหนู" The Biochemical Journal . 90 (2): 360–368. doi :10.1042/bj0900360. PMC 1202625 . PMID  5834248. 
  10. ^ โดย Villar-Palasí C, Guinovart JJ (มิถุนายน 1997) "บทบาทของกลูโคส 6-ฟอสเฟตในการควบคุมไกลโคเจนซินเทส" วารสาร FASEB . 11 (7): 544–558 doi : 10.1096/fasebj.11.7.9212078 . PMID  9212078 S2CID  2789124
  11. ^ Walker DG, Rao S (กุมภาพันธ์ 1964). "บทบาทของกลูโคไคเนสในการฟอสโฟรีเลชันของกลูโคสโดยตับหนู" The Biochemical Journal . 90 (2): 360–368. doi :10.1042/bj0900360. PMC 1202625 . PMID  5834248 
  12. ^ "การควบคุมไกลโคไลซิส". cmgm.stanford.edu . เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 2009-03-03 . สืบค้นเมื่อ 2017-11-18 .
  13. ^ Sharma S, Guthrie PH, Chan SS, Haq S, Taegtmeyer H (ตุลาคม 2550). "การฟอสโฟรีเลชันกลูโคสจำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณ mTOR ที่ต้องพึ่งอินซูลินในหัวใจ" Cardiovascular Research . 76 (1): 71–80. doi :10.1016/j.cardiores.2007.05.004. PMC 2257479 . PMID  17553476. 
  14. ^ Fuhs SR, Hunter T (เมษายน 2017). "pHisphorylation: the emerging of histidine phosphorylation as a reversible controly 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. (กรกฎาคม 2015). "แอนติบอดีโมโนโคลนอล 1 และ 3-ฟอสโฟฮิสทิดีน: เครื่องมือใหม่ในการศึกษาการฟอสโฟรีเลชันฮีสทิดีน" Cell . 162 (1): 198–210. doi :10.1016/j.cell.2015.05.046. PMC 4491144 . PMID  26140597. 
  16. ^ โดย Hardman G, Perkins S, Brownridge PJ, Clarke CJ, Byrne DP, Campbell AE และคณะ (ตุลาคม 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 (มิถุนายน 2014). "การถ่ายโอนฟอสเฟตระหว่างโมเลกุลในเฟสแก๊สภายในไดเมอร์ฟอสโฟฮีสติดีนฟอสโฟเปปไทด์". 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 (สิงหาคม 2013). "ความพยายามที่จะเขียนประวัติศาสตร์ใหม่: ความท้าทายในการวิเคราะห์เปปไทด์ที่ถูกฟอสโฟรีเลตด้วยฮีสทิดีน" 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). "การฟอสโฟรีเลชันแบบไม่เป็นมาตรฐานอย่างกว้างขวางในเซลล์มนุษย์ที่เปิดเผยโดยใช้ฟอสโฟโปรตีโอมิกส์ที่ควบคุมโดยการแลกเปลี่ยนแอนไอออนที่เข้มข้น" bioRxiv 10.1101/202820 . 
  • การวิเคราะห์การทำงานสำหรับการฟอสโฟรีเลชันเฉพาะตำแหน่งของโปรตีนเป้าหมายในเซลล์ (โปรโตคอล A)
ดึงข้อมูลจาก "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ฟอสโฟรีเลชัน&oldid=1230448258"