Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Химический процесс введения фосфата.
Chemical process of introducing a phosphate
В биохимии фосфорилирование — это присоединение фосфатной группы к молекуле или иону. Этот процесс и обратный ему, дефосфорилирование, широко распространены в биологии. Фосфорилирование белков часто активирует (или деактивирует) многие ферменты.
In biochemistry, phosphorylation is the attachment of a phosphate group to a molecule or an ion. This process and its inverse, dephosphorylation, are common in biology. Protein phosphorylation often activates (or deactivates) many enzymes.
Во время дыхания и фотосинтеза
Фосфорилирование необходимо для процессов как анаэробного, так и аэробного дыхания, включающих образование аденозинтрифосфата (АТФ) – "высокоэнергетического" посредника обмена веществ в клетке. Во время аэробного дыхания АТФ синтезируется в митохондриях путем присоединения третьей фосфатной группы к аденозиндифосфату (АДФ) в процессе, называемом окислительным фосфорилированием. АТФ также синтезируется посредством фосфорилирования на уровне субстрата в ходе гликолиза. В хлоропластах растительных клеток АТФ синтезируется за счет энергии света посредством фотофосфорилирования.
Phosphorylation is essential to the processes of both anaerobic and aerobic respiration, which involve the production of adenosine triphosphate (ATP), the "high energy" exchange medium in the cell. During aerobic respiration, ATP is synthesized in the mitochondrion by addition of a third phosphate group to adenosine diphosphate (ADP) in a process referred to as oxidative phosphorylation. ATP is also synthesized by substrate level phosphorylation during glycolysis. ATP is synthesized at the expense of solar energy by photophosphorylation in the chloroplasts of plant cells.
Гликолиз
Гликолиз – это важнейший процесс расщепления глюкозы на две молекулы пирувата посредством различных этапов с участием различных ферментов. Он протекает в десять этапов и демонстрирует, что фосфорилирование является необходимым шагом для получения конечных продуктов. Фосфорилирование инициирует реакцию на первом этапе подготовительной фазы (первой половины гликолиза) и на шестом этапе фазы возмещения (второй фазы гликолиза). Глюкоза по своей природе – небольшая молекула, способная диффундировать внутрь и наружу клетки. Фосфорилирование глюкозы (присоединение фосфорильной группы для создания отрицательно заряженной фосфатной группы) превращает глюкозу в глюкозо-6-фосфат, который задерживается внутри клетки, поскольку клеточная мембрана имеет отрицательный заряд. Эта реакция происходит благодаря ферменту гексокиназе, который способствует фосфорилированию многих шестичленных циклических структур. Фосфорилирование также происходит на этапе 3, где фруктоза-6-фосфат превращается в фруктозу-1,6-бисфосфат. Эта реакция катализируется фосфофруктокиназой. В то время как фосфорилирование в подготовительной фазе осуществляется АТФ, фосфорилирование в фазе возмещения поддерживается неорганическим фосфатом. Каждая молекула глицеральдегид-3-фосфата фосфорилируется с образованием 1,3-бисфосфоглицерата. Эта реакция катализируется глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой (GAPDH). Каскадный эффект фосфорилирования в конечном итоге вызывает нестабильность и позволяет ферментам разрывать углеродные связи в глюкозе. Фосфорилирование играет чрезвычайно важную роль в гликолизе, поскольку способствует транспорту, регуляции и эффективности процесса.
Glycolysis is an essential process of glucose degrading into two molecules of pyruvate, through various steps, with the help of different enzymes. It occurs in ten steps and proves that phosphorylation is a much required and necessary step to attain the end products. Phosphorylation initiates the reaction in step 1 of the preparatory step (first half of glycolysis), and initiates step 6 of payoff phase (second phase of glycolysis). Glucose, by nature, is a small molecule with the ability to diffuse in and out of the cell. By phosphorylating glucose (adding a phosphoryl group in order to create a negatively charged phosphate group), glucose is converted to glucose 6 phosphate, which is trapped within the cell as the cell membrane is negatively charged. This reaction occurs due to the enzyme hexokinase, an enzyme that helps phosphorylate many six membered ring structures. Phosphorylation takes place in step 3, where fructose 6 phosphate is converted to fructose 1,6 bisphosphate. This reaction is catalyzed by phosphofructokinase. While phosphorylation is performed by ATPs during preparatory steps, phosphorylation during payoff phase is maintained by inorganic phosphate. Each molecule of glyceraldehyde 3 phosphate is phosphorylated to form 1,3 bisphosphoglycerate. This reaction is catalyzed by glyceraldehyde 3 phosphate dehydrogenase (GAPDH). The cascade effect of phosphorylation eventually causes instability and allows enzymes to open the carbon bonds in glucose. Phosphorylation functions is an extremely vital component of glycolysis, as it helps in transport, control, and efficiency.
Синтез гликогена
Гликоген – это долговременное хранилище глюкозы, производимое клетками печени. В печени синтез гликогена напрямую коррелирует с концентрацией глюкозы в крови. Высокая концентрация глюкозы в крови вызывает повышение внутриклеточного уровня глюкозо-6-фосфата в печени, скелетных мышцах и жировой ткани. Глюкозо-6-фосфат играет роль в регуляции гликогенсинтазы. Высокая концентрация глюкозы в крови высвобождает инсулин, стимулируя транслокацию специфических транспортеров глюкозы к клеточной мембране; глюкоза фосфорилируется в глюкозо-6-фосфат во время транспортировки через мембрану АТФ-глюкозо-6-фосфотрансферазой и неспецифической гексокиназой (АТФ-гексозо-6-фосфотрансферазой). Клетки печени свободно проницаемы для глюкозы, и начальная скорость фосфорилирования глюкозы является лимитирующим этапом в метаболизме глюкозы печенью. Ключевая роль печени в контроле концентрации сахара в крови путем расщепления глюкозы на углекислый газ и гликоген характеризуется отрицательным значением свободной энергии Гиббса (ΔG), что указывает на то, что это точка регуляции. Фермент гексокиназа имеет низкую константу Михаэлиса (K), что указывает на высокую аффинность к глюкозе, поэтому начальное фосфорилирование может происходить даже при уровнях глюкозы в крови на наноскопическом уровне. Фосфорилирование глюкозы может быть усилено связыванием фруктозо-6-фосфата (F6P) и ослаблено связыванием фруктозо-1-фосфата (F1P). Фруктоза, потребляемая с пищей, превращается в F1P в печени. Это нейтрализует действие F6P на глюкокиназу, что в конечном итоге способствует прямой реакции. Способность клеток печени к фосфорилированию фруктозы превышает способность к метаболизму фруктозо-1-фосфата. Избыточное потребление фруктозы в конечном итоге приводит к дисбалансу в метаболизме печени, который косвенно истощает запасы АТФ в клетках печени. Аллостерическая активация глюкозо-6-фосфатом, действующим как эффектор, стимулирует гликогенсинтазу, а глюкозо-6-фосфат может ингибировать фосфорилирование гликогенсинтазы циклической АМФ-стимулируемой протеинкиназой.
Glycogen is a long term store of glucose produced by the cells of the liver. In the liver, the synthesis of glycogen is directly correlated with blood glucose concentration. High blood glucose concentration causes an increase in intracellular levels of glucose 6 phosphate in the liver, skeletal muscle, and fat (adipose) tissue. Glucose 6 phosphate has role in regulating glycogen synthase. High blood glucose releases insulin, stimulating the translocation of specific glucose transporters to the cell membrane; glucose is phosphorylated to glucose 6 phosphate during transport across the membrane by ATP D glucose 6 phosphotransferase and non specific hexokinase (ATP D hexose 6 phosphotransferase). Liver cells are freely permeable to glucose, and the initial rate of phosphorylation of glucose is the rate limiting step in glucose metabolism by the liver. The liver's crucial role in controlling blood sugar concentrations by breaking down glucose into carbon dioxide and glycogen is characterized by the negative Gibbs free energy (ΔG) value, which indicates that this is a point of regulation with. The hexokinase enzyme has a low Michaelis constant (K), indicating a high affinity for glucose, so this initial phosphorylation can proceed even when glucose levels at nanoscopic scale within the blood. The phosphorylation of glucose can be enhanced by the binding of fructose 6 phosphate (F6P), and lessened by the binding fructose 1 phosphate (F1P). Fructose consumed in the diet is converted to F1P in the liver. This negates the action of F6P on glucokinase, which ultimately favors the forward reaction. The capacity of liver cells to phosphorylate fructose exceeds capacity to metabolize fructose 1 phosphate. Consuming excess fructose ultimately results in an imbalance in liver metabolism, which indirectly exhausts the liver cell's supply of ATP. Allosteric activation by glucose 6 phosphate, which acts as an effector, stimulates glycogen synthase, and glucose 6 phosphate may inhibit the phosphorylation of glycogen synthase by cyclic AMP stimulated protein kinase.
Фосфорилирование белков
Фосфорилирование белков является наиболее распространенной посттрансляционной модификацией у эукариотов. Фосфорилирование может происходить на серине, треонине и тирозине (часто называемых "остатками") посредством образования фосфоэфирных связей, на гистидине, лизине и аргинине – посредством фосфорамидатных связей, а также на аспарагиновой и глутаминовой кислотах – посредством смешанных ангидридных связей. Недавние данные подтверждают широкое распространение фосфорилирования гистидина как по 1, так и по 3 атомам азота имидазольного кольца. Последние исследования демонстрируют широкое фосфорилирование человеческих белков на множестве неканонических аминокислот, включая мотивы, содержащие фосфорилированный гистидин, аспартат, глутамат, цистеин, аргинин и лизин в экстрактах клеток HeLa. Однако, из-за химической нестабильности этих фосфорилированных остатков, и в отличие от фосфорилирования серина, треонина и тирозина, анализ фосфорилированного гистидина (и других неканонических аминокислот) с использованием стандартных биохимических и масс-спектрометрических методов значительно сложнее, и для их сохранения наряду с классическим фосфорилированием серина, треонина и тирозина требуются специальные процедуры и методы разделения. Важная роль фосфорилирования белков в биохимии подтверждается огромным количеством опубликованных исследований по этой теме (по состоянию на март 2015 года база данных MEDLINE содержит более 240 000 статей, преимущественно о фосфорилировании белков).
Protein phosphorylation is the most abundant post translational modification in eukaryotes. Phosphorylation can occur on serine, threonine and tyrosine side chains (often called 'residues') through phosphoester bond formation, on histidine, lysine and arginine through phosphoramidate bonds, and on aspartic acid and glutamic acid through mixed anhydride linkages. Recent evidence confirms widespread histidine phosphorylation at both the 1 and 3 N atoms of the imidazole ring. Recent work demonstrates widespread human protein phosphorylation on multiple non canonical amino acids, including motifs containing phosphorylated histidine, aspartate, glutamate, cysteine, arginine and lysine in HeLa cell extracts. However, due to the chemical lability of these phosphorylated residues, and in marked contrast to Ser, Thr and Tyr phosphorylation, the analysis of phosphorylated histidine (and other non canonical amino acids) using standard biochemical and mass spectrometric approaches is much more challenging and special procedures and separation techniques are required for their preservation alongside classical Ser, Thr and Tyr phosphorylation. The prominent role of protein phosphorylation in biochemistry is illustrated by the huge body of studies published on the subject (as of March 2015, the MEDLINE database returns over 240,000 articles, mostly on protein phosphorylation).