Fosforilação

o Fosforilação é um processo fundamental da bioquímica que ocorre não apenas no organismo humano, mas em todos os seres vivos com núcleo celular e bactérias. É uma parte indispensável da transdução de sinal intracelular e uma forma importante de controlar o comportamento celular. Na maioria das vezes, os componentes das proteínas são fosforilados, mas outras moléculas, como o açúcar, também podem servir como substratos. Do ponto de vista químico, a fosforilação de proteínas cria uma ligação de éster de ácido fosfórico.

O que é fosforilação?

O termo fosforilação descreve a transferência de grupos fosfato para moléculas orgânicas - principalmente esses são os resíduos de aminoácidos que constituem as proteínas. Os fosfatos têm uma estrutura tetraédrica composta de um átomo de fósforo central e quatro átomos de oxigênio circundantes ligados covalentemente.

Os grupos fosfato têm uma carga negativa dupla. Eles são transferidos para uma molécula orgânica por enzimas específicas, as chamadas cinases. Com o consumo de energia, estes geralmente ligam o resíduo de fosfato a um grupo hidroxila de uma proteína, de modo que um éster de ácido fosfórico é formado. No entanto, esse processo é reversível, ou seja, pode ser revertido, novamente por certas enzimas. Essas enzimas que separam os grupos fosfato são geralmente referidas como fosfatases.

Tanto as quinases quanto as fosfatases representam, cada uma, sua própria classe de enzimas, que podem ser subdivididas em outras subclasses de acordo com vários critérios, como o tipo de substrato ou o mecanismo de ativação.

Função e tarefa

Um papel crucial dos fosfatos, especialmente polifosfatos, no organismo é o fornecimento de energia. O exemplo mais proeminente disso é o ATP (trifosfato de adenosina), que é o principal transportador de energia do corpo. O armazenamento de energia no organismo humano, portanto, geralmente significa a síntese de ATP.

Para fazer isso, um resíduo de fosfato deve ser transferido para uma molécula de ADP (difosfato de adenosina) para que sua cadeia de grupos fosfato, que estão ligados por meio de ligações de anidrido fosfórico, seja estendida. A molécula resultante é chamada de ATP (trifosfato de adenosina). A energia armazenada dessa forma é obtida da nova clivagem da ligação, deixando o ADP para trás. Um outro fosfato também pode ser separado, pelo que o AMP (monofosfato de adenosina) é formado. Cada vez que um fosfato é separado, a célula tem mais de 30 kJ por mol disponível.

O açúcar também é fosforilado no curso do metabolismo dos carboidratos humanos por razões energéticas. Fala-se também de uma "fase de coleta" e uma "fase de recuperação" da glicólise, uma vez que a energia na forma de grupos fosfato deve primeiro ser investida nos materiais de partida para se obter ATP posteriormente. Além disso, a glicose, por exemplo, como glicose-6-fosfato, não pode mais se difundir sem impedimentos através da membrana celular e, portanto, é fixada dentro da célula, onde é necessária para outras etapas metabólicas importantes.

Além disso, as fosforilações e suas reações reversas, além da inibição alostérica e competitiva, representam os mecanismos decisivos para a regulação da atividade celular, sendo que, na maioria das vezes, as proteínas são fosforiladas ou desfosforiladas. Os aminoácidos serina, treonina e tirosina contidos nas proteínas são modificados com mais frequência, estando a serina envolvida na esmagadora maioria das fosforilações. No caso de proteínas com atividade enzimática, ambos os processos podem levar tanto à ativação quanto à inativação, dependendo da estrutura da molécula.

Alternativamente, a (des) fosforilação por transferência ou remoção de uma carga negativa dupla também pode levar à conformação da proteína mudando de tal forma que certas outras moléculas podem se ligar aos domínios de proteína afetados ou não mais. Um exemplo desse mecanismo é a classe de receptores acoplados à proteína G.

Ambos os mecanismos desempenham um papel importante na transmissão de sinais dentro da célula e na regulação do metabolismo celular. Eles podem influenciar o comportamento de uma célula diretamente por meio da atividade enzimática ou indiretamente por meio da transcrição e tradução alteradas do DNA.

Doenças e enfermidades

Tão universais e fundamentais quanto as funções das fosforilações, as consequências se esse mecanismo de reação for perturbado são tão variadas. Um defeito ou uma inibição da fosforilação, geralmente desencadeada por uma falta de proteínas quinases ou sua deficiência, pode levar a doenças metabólicas, doenças do sistema nervoso e músculos ou danos a órgãos individuais. As células nervosas e musculares são frequentemente afetadas primeiro, o que se manifesta em sintomas neurológicos e fraqueza muscular.

Até certo ponto, alguns distúrbios das quinases ou fosfatases podem ser compensados ​​pelo corpo, pois às vezes existem várias maneiras de encaminhar um sinal e, portanto, o "ponto defeituoso" na cadeia de sinal pode ser evitado. Então, por exemplo, outra proteína substitui a defeituosa. A redução da eficiência das enzimas, por outro lado, pode ser compensada simplesmente pelo aumento da produção.

Toxinas internas e externas, bem como mutações genéticas, são possíveis causas de uma deficiência ou mau funcionamento de quinases e fosfatases.

Se tal mutação ocorrer no DNA da mitocôndria, haverá efeitos negativos na fosforilação oxidativa e, portanto, na síntese de ATP, principal tarefa dessas organelas celulares. Essa doença mitocondrial é, por exemplo, LHON (neuropatia óptica hereditária de Leber), na qual há uma perda rápida de visão, às vezes em combinação com arritmias cardíacas. Esta doença é herdada pela mãe, ou seja, exclusivamente da mãe, uma vez que apenas seu DNA mitocondrial é passado para a criança, mas não o do pai.