リン酸化

の リン酸化 人体だけでなく、細胞核や細菌を含むすべての生物で起こる生化学の基本的なプロセスです。それは細胞内シグナル伝達の不可欠な部分であり、細胞の挙動を制御する重要な方法です。ほとんどの場合、タンパク質の成分はリン酸化されますが、糖などの他の分子も基質として機能します。化学的観点から、タンパク質のリン酸化はリン酸エステル結合を作成します。

リン酸化とは何ですか？

リン酸化という用語は、リン酸基の有機分子への移動を表します。主にこれらは、タンパク質を構成するアミノ酸残基です。リン酸は、中央のリン原子と4つの周囲の共有結合した酸素原子で構成される四面体構造を持っています。

リン酸基は二重の負電荷を持っています。それらは特定の酵素、いわゆるキナーゼによって有機分子に転移します。エネルギーの消費により、これらは通常リン酸残基をタンパク質のヒドロキシル基に結合し、リン酸エステルが形成されます。ただし、このプロセスは可逆的です。それは、特定の酵素によって再び元に戻すことができます。リン酸基を分離するそのような酵素は、一般にホスファターゼと呼ばれます。

キナーゼとホスファターゼはどちらもそれぞれ独自の酵素クラスを表し、基質のタイプや活性化のメカニズムなどのさまざまな基準に従って、さらに別のサブクラスに分類できます。

機能とタスク

生物におけるリン酸塩、特にポリリン酸塩の重要な役割は、エネルギーの供給です。この最も顕著な例は、体内の主要なエネルギー担体であるATP（アデノシン三リン酸）です。したがって、人体のエネルギー貯蔵は通常、ATPの合成を意味します。

これを行うには、リン酸残基をADP（アデノシン二リン酸）分子に移して、無水リン酸結合を介してリンクされているリン酸基の鎖を延長する必要があります。得られた分子はATP（アデノシン三リン酸）と呼ばれます。この方法で蓄えられたエネルギーは、結合の新たな切断から得られ、ADPを残します。さらなるリン酸塩も分離することができ、それによりAMP（アデノシン一リン酸塩）が形成される。リン酸が分離されるたびに、セルは1モルあたり30 kJを超えて利用できます。

砂糖はまた、エネルギー的な理由で、ヒトの炭水化物代謝の過程でリン酸化されます。リン酸基の形のエネルギーを最初に出発物質に投入して後でATPを取得する必要があるため、解糖の「収集段階」と「回復段階」についても説明します。さらに、例えばグルコース-6-リン酸のようなグルコースは、もは​​や妨げられずに細胞膜を通って拡散することができず、したがって細胞内で固定され、そこで他の重要な代謝ステップに必要とされる。

さらに、アロステリックおよび競合阻害に加えて、リン酸化とその逆反応は、細胞活性を調節するための決定的なメカニズムを表しており、ほとんどの場合、タンパク質はリン酸化または脱リン酸化されます。タンパク質に含まれるセリン、スレオニン、チロシンのアミノ酸は、リン酸化の圧倒的多数に関与しているセリンとともに、最も頻繁に修飾されています。酵素活性を有するタンパク質の場合、分子の構造によっては、両方のプロセスが活性化と不活性化を引き起こす可能性があります。

あるいは、2重の負電荷を転送または削除することによる（脱）リン酸化は、他の特定の分子が影響を受けるタンパク質ドメインに結合するか、もはや結合しないようにタンパク質のコンフォメーションを変化させることもできます。このメカニズムの例は、Gタンパク質共役型受容体のクラスです。

どちらのメカニズムも、細胞内での信号伝達と細胞代謝の調節に大きな役割を果たします。それらは、酵素活性を介して直接的に、またはDNAの転写および翻訳の変更を介して間接的に、細胞の挙動に影響を与える可能性があります。

病気と病気

リン酸化の機能と同じように普遍的かつ基本的なものであり、この反応メカニズムが妨害された場合の結果も同様に変化します。通常はプロテインキナーゼの欠如またはそれらの欠乏によって引き起こされるリン酸化の欠陥または阻害は、代謝性疾患、神経系および筋肉の疾患、または個々の臓器の損傷につながる可能性があります。神経細胞と筋肉細胞が最初に冒されることが多く、これは神経学的症状と筋力低下として現れます。

シグナルを転送する方法がいくつかあり、シグナルチェーンの「欠陥点」を回避できる場合があるため、キナーゼまたはホスファターゼの一部の障害は、身体によって補うことができます。次に、たとえば、別のタンパク質が欠陥のあるタンパク質と置き換わります。一方、酵素の効率の低下は、生産量を増やすだけで補うことができます。

内毒素および外毒素ならびに遺伝子変異は、キナーゼおよびホスファターゼの欠乏または機能不全の考えられる原因です。

このような変異がミトコンドリアのDNAで起こる場合、酸化的リン酸化、したがってこれらの細胞小器官の主な役割であるATP合成に悪影響があります。そのようなミトコンドリア病は、例えばLHON（レーバー遺伝性視神経症）であり、心不整脈と組み合わせて、急速な視力喪失が起こることがある。この病気は母親に遺伝します。彼女のミトコンドリアDNAだけが子供に渡され、父親のDNAは渡されないので、母親だけからです。