Phosphorylation ist die Hinzufügung eines Phosphats (PO) Gruppe zu einem Protein oder anderem organischem Molekül. Phosphorylation schaltet viele Protein-Enzyme ein und von, dadurch ihre Funktion und Tätigkeit verändernd.

Protein phosphorylation in besonderen Spielen eine bedeutende Rolle in einer breiten Reihe von Zellprozessen. Seine prominente Rolle in der Biochemie ist das Thema eines sehr großen Körpers der Forschung (bezüglich des Märzes 2012, die Datenbank von Medline gibt fast 200,000 Artikel über das Thema, größtenteils über das Protein phosphorylation zurück).

Protein phosphorylation

Geschichte

1906 hat Phoebus A. Levene am Institut von Rockefeller für die Medizinische Forschung Phosphat im Protein vitellin (phosvitin) identifiziert, und vor 1933 hatte phosphoserine im Kasein mit Fritz Lipmann entdeckt. Jedoch hat es weitere 20 Jahre genommen, bevor Eugene P. Kennedy den ersten 'enzymatischen phosphorylation von Proteinen' beschrieben hat.

Funktion

Umkehrbarer phosphorylation von Proteinen ist ein wichtiger Durchführungsmechanismus, der sowohl in prokaryotic als auch in eukaryotic Organismen vorkommt.

Proteine von Kinases phosphorylate und phosphatases dephosphorylate Proteine. Viele Enzyme und Empfänger werden eingeschaltet oder "von" durch phosphorylation und dephosphorylation. Umkehrbarer phosphorylation läuft auf eine Conformational-Änderung in der Struktur in vielen Enzymen und Empfängern hinaus, sie veranlassend, aktiviert oder ausgeschaltet zu werden. Phosphorylation kommt gewöhnlich auf serine, threonine, tyrosine und histidine Rückständen in eukaryotic Proteinen vor. Histidine phosphorylation von eukaryotic Proteinen scheint, viel häufiger zu sein, als tyrosine phosphorylation. In prokaryotic Proteinen kommt phosphorylation auf dem serine, threonine, tyrosine, histidine oder arginine oder den lysine Rückständen vor. Die Hinzufügung eines Phosphats (PO) Molekül zu einer polaren R Gruppe eines Aminosäure-Rückstands kann einen hydrophoben Teil eines Proteins in einen polaren und äußerst wasserquellfähigen Teil des Moleküls verwandeln. Auf diese Weise kann es eine Conformational-Änderung in der Struktur des Proteins über die Wechselwirkung mit anderen hydrophoben und wasserquellfähigen Rückständen im Protein einführen.

Ein solches Beispiel der Durchführungsrolle, die phosphorylation spielt, ist das p53 Geschwulst-Entstörgerät-Protein. Das p53 Protein wird schwer geregelt und enthält mehr als 18 verschiedene phosphorylation Seiten. Die Aktivierung von p53 kann zu Zellzyklus-Verhaftung führen, die unter einigen Verhältnissen oder apoptotic Zelltod umgekehrt werden kann. Diese Tätigkeit kommt nur in Situationen vor, worin die Zelle beschädigt wird oder Physiologie in normalen gesunden Personen gestört wird.

Auf das Entaktivieren-Signal wird das Protein dephosphorylated wieder und hört auf zu arbeiten. Das ist der Mechanismus in vielen Formen des Signals transduction, zum Beispiel der Weg, auf den eingehendes Licht in den mit dem Licht empfindlichen Zellen der Netzhaut bearbeitet wird.

Durchführungsrollen von phosphorylation schließen ein

• Biologische Thermodynamik von energieverlangenden Reaktionen
• Phosphorylation von Na/K-ATPase während des Transports von Natrium (Na) und Kalium (K) Ionen über die Zellmembran in osmoregulation, um homeostasis des Wasserinhalts des Körpers aufrechtzuerhalten.
• Vermittelt Enzym-Hemmung
• Phosphorylation des Enzyms GSK-3 durch AKT (Protein kinase B) als ein Teil des Insulins Signalpfad.
• Phosphorylation von src tyrosine kinase (hat "sarc" ausgesprochen), durch das C-Terminal Src kinase (Csk) veranlasst eine Conformational-Änderung im Enzym, auf eine Falte auf die Struktur hinauslaufend, die sein kinase Gebiet maskiert, und wird so abgestellt.
• Wichtig für die Wechselwirkung des Protein-Proteins über "Anerkennungsgebiete."
• Phosphorylation der cytosolic Bestandteile von NADPH oxidase, einer großen membranengebundenen, Mehrprotein-Enzym-Gegenwart in phagocytic Zellen, spielt eine wichtige Rolle in der Regulierung von Wechselwirkungen des Protein-Proteins im Enzym.
• Wichtig in der Protein-Degradierung.
• Gegen Ende der 1990er Jahre wurde es anerkannt, dass phosphorylation von einigen Proteinen sie veranlasst, durch den ATP-abhängigen ubiquitin/proteasome Pfad erniedrigt zu werden. Diese Zielproteine werden Substrate für besonderen E3 ubiquitin ligases nur, wenn sie phosphorylated sind.

Signalnetze

Das Aufklären komplizierten Signalpfads phosphorylation Ereignisse kann schwierig sein. In Zellsignalpfade, ein Protein Ein phosphorylates Protein B und B phosphorylates C. Jedoch, in einem anderen Signalpfad, Protein D phosphorylates A oder phosphorylates Protein C. Globale Annäherungen wie phosphoproteomics, die Studie von phosphorylated Proteinen, die eine Unterabteilung von proteomics ist, der mit Spektrometrie-basiertem Massenproteomics verbunden ist, sind verwertet worden, um dynamische Änderungen in phosphorylated Proteinen mit der Zeit zu identifizieren und zu messen. Diese Techniken werden immer wichtiger für die systematische Analyse des Komplexes phosphorylation Netze. Sie sind erfolgreich verwendet worden, um dynamische Änderungen im phosphorylation Status von mehr als 6000 Seiten nach der Anregung mit dem epidermal Wachstumsfaktor zu identifizieren.

Eine andere Annäherung, um Phosphorylation Netz zu verstehen, ist durch das Messen der genetischen Wechselwirkungen zwischen vielfachen phosphorylating Proteinen und ihren Zielen. Das offenbart interessante wiederkehrende Muster von Wechselwirkungen - Netzmotive.

Protein phosphorylation Seiten

Es gibt Tausende von verschiedenen phosphorylation Seiten in einer gegebenen Zelle seitdem:

1) Es gibt Tausende von verschiedenen Arten von Proteinen in jeder besonderen Zelle (wie ein Lymphozyt).

2) Es wird geschätzt, dass 1/10 zu 1/2 von Proteinen phosphorylated (in einem Zellstaat) sind.

3) Phosphorylation kommt häufig auf vielfachen verschiedenen Seiten auf einem gegebenen Protein vor.

Seitdem phosphorylation jeder Seite auf einem gegebenen Protein kann die Funktion oder Lokalisierung dieses Proteins ändern, verstehend, dass der "Staat" einer Zelle das Wissen des phosphorylation Staates seiner Proteine verlangt. Zum Beispiel, wenn Aminosäure Serine-473 ("S473") im Protein AKT ist phosphorylated, AKT, im Allgemeinen als ein kinase, funktionell aktiv ist. Wenn nicht, es ist ein untätiger kinase.

Typen von phosphorylation

Siehe auch kinases für mehr Details auf den verschiedenen Typen von phosphorylation

Innerhalb eines Proteins kann phosphorylation auf mehreren Aminosäuren vorkommen. Phosphorylation auf serine ist am üblichsten, von threonine gefolgt. Tyrosine phosphorylation ist relativ selten. Jedoch, seitdem tyrosine phosphorylated Proteine sind relativ leicht, Verwenden-Antikörper zu reinigen, tyrosine phosphorylation Seiten werden relativ gut verstanden. Histidine und aspartate phosphorylation kommen in prokaryotes als ein Teil der Zwei-Bestandteile-Nachrichtenübermittlung und in einigen Fällen in eukaryotes in einem Signal transduction Pfade vor.

Entdeckung und Charakterisierung

Antikörper können als starke Werkzeuge verwendet werden, um zu entdecken, ob ein Protein phosphorylated an einer besonderen Seite ist. Antikörper binden dazu und entdecken phosphorylation-veranlasste Conformational-Änderungen im Protein. Solche Antikörper werden phospho-spezifische Antikörper genannt; Hunderte von solchen Antikörpern sind jetzt verfügbar. Sie werden kritische Reagenzien sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die klinische Diagnose.

PTM (Postübersetzungsmodifizierung) isoforms werden auf 2. Gelen leicht entdeckt. Tatsächlich ersetzt phosphorylation neutrale hydroxyl Gruppen auf serines, threonines, oder tyrosines mit negativ beladenen Phosphaten mit pKs in der Nähe von 1.2 und 6.5. So, unter dem pH 5.5, fügen Phosphate eine einzelne negative Anklage hinzu; in der Nähe vom pH 6.5 fügen sie 1.5 negative Anklagen hinzu; über dem pH 7.5 fügen sie 2 negative Anklagen hinzu. Der Verhältnisbetrag jedes isoform kann auch davon leicht und schnell bestimmt werden, Intensität auf 2. Gelen zu beschmutzen.

In einigen sehr spezifischen Fällen, der Entdeckung des phosphorylation weil ist eine Verschiebung in der electrophoretic Beweglichkeit des Proteins auf einfachen 1-dimensionalen SDS-SEITIGEN Gelen möglich, wie es zum Beispiel für einen transcriptional coactivator von Kovacs beschrieben wird u. a. Wie man denkt, unterliegen starke phosphorylation-zusammenhängende Conformational-Änderungen (die auf Reinigungsmittel enthaltenden Lösungen andauern) diesem Phänomen. Die meisten phosphorylation Seiten, für die solch eine Beweglichkeitsverschiebung Fall in der Kategorie von SP und TP Seiten beschrieben worden ist (d. h. ein Pro-Linien-Rückstand folgt dem phosphorylated serine oder threonine Rückstand).

Mehr kürzlich groß angelegte Massenspektrometrie-Analysen sind verwendet worden, um Seiten des Proteins phosphorylation zu bestimmen. Im Laufe der letzten 4 Jahre sind Dutzende von Studien, jeder veröffentlicht worden, Tausende von Seiten identifizierend, von denen viele vorher unbeschrieben wurden. Massenspektrometrie wird für solche Analysen ideal angepasst, weil die Hinzufügung von phosphorylation auf eine Zunahme in der Masse des Proteins und des phosphorylated Rückstands hinausläuft. Jedoch sind fortgeschrittene, hoch genaue Massenspektrometer für diese Studien erforderlich, die Technologie auf Laboratorien mit Massenspektrometern des hohen Endes beschränkend.

Eine ausführliche Charakterisierung der Seiten von phosphorylation ist sehr schwierig, und der quantitation des Proteins phosphorylation durch die Massenspektrometrie verlangt isotopic innere Standardannäherungen. Ein relativer quantitation kann mit einer Vielfalt von Differenzialisotop-Beschriften-Technologien erhalten werden. Es gibt auch mehreres quantitatives Protein phosphorylation Methoden, einschließlich der Fluoreszenz immunoassays, Mikroskala Thermophoresis, VERÄRGERUNG, TRF, Fluoreszenz-Polarisation, Fluoreszenzlöschung, Beweglichkeitsverschiebung, perlenbasierte Entdeckung und zellbasierte Formate.

Andere Arten

ATP, das "energiereiche" Austauschmedium in der Zelle, wird im mitochondrion durch die Hinzufügung einer dritten Phosphatgruppe zu ADP in einem Prozess synthetisiert, der auf als oxidative phosphorylation verwiesen ist. ATP wird auch durch das Substrat-Niveau phosphorylation während glycolysis synthetisiert.

ATP wird auf Kosten der Sonnenenergie durch photophosphorylation in den Chloroplasten von Pflanzenzellen synthetisiert.

Phosphorylation von Zucker ist häufig die erste Stufe ihres Katabolismus. Es erlaubt Zellen, Zucker anzusammeln, weil die Phosphatgruppe die Moleküle davon abhält, sich zurück über ihre Transportvorrichtung zu verbreiten.

Siehe auch

• Phosida

Außenverbindungen

• Funktionsanalysen für mit der Seite spezifischen phosphorylation eines Zielproteins in Zellen (Ein Protokoll)