إزالة الفسفرة

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء الحيوية ، إزالة الفسفرة هي إزالة الفوسفات ( PO2)3-4) مجموعة من مركب عضوي عن طريق التحلل المائي . وهو تعديل عكسي بعد الترجمة . تعمل عملية إزالة الفسفرة ونظيرتها، الفسفرة ، على تنشيط وتعطيل الإنزيمات عن طريق فصل أو ربط إسترات الفوسفور والأنهيدريدات . ومن الأحداث البارزة لإزالة الفسفرة تحويل ATP إلى ADP والفوسفات غير العضوي .

تستخدم عملية إزالة الفسفرة نوعًا من الإنزيمات التحللية المائية، أو الهيدرولاز ، والتي تشق الروابط الإسترية. الفئة الفرعية البارزة من الهيدرولاز المستخدمة في إزالة الفسفرة هي الفوسفاتاز ، والتي تزيل مجموعات الفوسفات عن طريق تحليل أحادي إسترات حمض الفوسفوريك إلى أيون فوسفات وجزيء بمجموعة هيدروكسيل حرة (–OH).

تحدث تفاعلات الفسفرة-إزالة الفسفرة القابلة للعكس في كل عملية فسيولوجية، مما يجعل الأداء السليم لفوسفاتاز البروتين ضروريًا لبقاء الكائن الحي. ولأن إزالة الفسفرة من البروتين هي عملية أساسية تشارك في إشارات الخلية ، [1] فإن فوسفاتاز البروتين متورطة في حالات مثل أمراض القلب والسكري ومرض الزهايمر. [2]

تاريخ

جاء اكتشاف إزالة الفسفرة من سلسلة من التجارب التي فحصت إنزيم الفوسفوريلاز المعزول من العضلات الهيكلية للأرانب. في عام 1955، استخدم إدوين كريبس وإدموند فيشر ثلاثي فوسفات الأدينوزين المشع لتحديد إضافة الفوسفات إلى بقايا السيرين من الفوسفوريلاز لتحويله من شكله b إلى شكل a عبر الفسفرة. [3] بعد ذلك، أظهر كريبس وفيشر أن هذه الفسفرة هي جزء من سلسلة كيناز. أخيرًا، بعد تنقية الشكل المفسفر للإنزيم، الفوسفوريلاز أ ، من كبد الأرانب، تم استخدام كروماتوغرافيا التبادل الأيوني لتحديد فوسفاتاز الفوسفوري البروتيني الأول والثاني. [4]

منذ اكتشاف هذه البروتينات القابلة لإزالة الفسفرة، ارتبطت الطبيعة العكسية لعملية الفسفرة وإزالة الفسفرة بمجموعة واسعة من البروتينات الوظيفية، وخاصة البروتينات الأنزيمية، ولكنها تشمل أيضًا البروتينات غير الأنزيمية. [5] فاز إدوين كريبس وإدموند فيشر بجائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1992 لاكتشافهما فسفرة البروتينات القابلة للعكس. [6]

وظيفة

PTEN، الفوسفاتاز.
التركيب البلوري لنظير الفوسفاتاز والتنسين البشري (PTEN). يظهر الموقع النشط لمجال الفوسفاتاز الطرفي الأميني الأزرق باللون الأصفر. يظهر مجال C2 الطرفي الكربوكسيلي باللون الأحمر. [7]

إن الفسفرة وإزالة الفسفرة للمجموعات الهيدروكسيلية التي تنتمي إلى الأحماض الأمينية المحايدة ولكن القطبية مثل السيرين والثريونين والتيروزين داخل بروتينات مستهدفة محددة تشكل جزءًا أساسيًا من تنظيم كل عملية فسيولوجية. تتضمن الفسفرة التعديل التساهمي للهيدروكسيل بمجموعة فوسفات من خلال الهجوم النووي للفوسفات ألفا في ATP بواسطة الأكسجين في الهيدروكسيل. تتضمن إزالة الفسفرة إزالة مجموعة الفوسفات من خلال تفاعل الترطيب عن طريق إضافة جزيء من الماء وإطلاق مجموعة الفوسفات الأصلية، مما يؤدي إلى تجديد الهيدروكسيل. كلتا العمليتين قابلتان للعكس ويمكن استخدام أي آلية لتنشيط أو إبطال تنشيط البروتين. تنتج فسفرة البروتين العديد من التأثيرات الكيميائية الحيوية، مثل تغيير تكوينه لتغيير ارتباطه بربيطة معينة لزيادة أو تقليل نشاطه. يمكن استخدام الفسفرة وإزالة الفسفرة على جميع أنواع الركائز، مثل البروتينات البنيوية والإنزيمات والقنوات الغشائية وجزيئات الإشارة وغيرها من الكينازات والفوسفاتازات. يشار إلى مجموع هذه العمليات باسم تنظيم الفسفرة. [8] يمكن أن يؤدي إلغاء تنظيم الفسفرة إلى المرض. [9]

التعديل بعد الترجمة

أثناء تخليق البروتينات، يجب معالجة سلاسل البولي ببتيد، التي يتم إنشاؤها بواسطة ترجمة الريبوسومات لـ mRNA، قبل اتخاذ شكل ناضج. إن إزالة الفسفرة من البروتينات هي آلية لتعديل سلوك البروتين، غالبًا عن طريق تنشيط أو تعطيل إنزيم . تخضع مكونات جهاز تخليق البروتين أيضًا للفسفرة وإزالة الفسفرة وبالتالي تنظم معدلات تخليق البروتين. [10]

كجزء من التعديلات بعد الترجمة، يمكن إزالة مجموعات الفوسفات من السيرين أو الثريونين أو التيروزين. وعلى هذا النحو، تعتمد مسارات نقل الإشارة داخل الخلايا على الفسفرة المتسلسلة وإزالة الفسفرة لمجموعة واسعة من البروتينات.

رابطة لاعبي التنس المحترفين

ATP 4− + H 2 O ⟶ ADP 3− + HPO2-4+ح +

يعمل ثلاثي فوسفات الأدينوزين ، أو ATP، كعملة طاقة حرة في جميع الكائنات الحية. في تفاعل إزالة الفسفرة التلقائية يتم إطلاق 30.5 كيلوجول/مول، والتي يتم تسخيرها لدفع التفاعلات الخلوية. بشكل عام، تكون التفاعلات غير التلقائية المقترنة بإزالة فسفرة ATP تلقائية، بسبب التغيير السلبي في الطاقة الحرة للتفاعل المقترن. هذا مهم في دفع الفسفرة التأكسدية. يتم إزالة فسفرة ATP إلى ADP والفوسفات غير العضوي. [11]

على المستوى الخلوي، يحدد إزالة الفسفرة من ATPases تدفق الأيونات إلى داخل الخلية وخارجها. مثبطات مضخة البروتون هي فئة من الأدوية التي تعمل بشكل مباشر على ATPases في الجهاز الهضمي.

ردود الفعل الأخرى

تخضع جزيئات أخرى غير ATP لعملية إزالة الفسفرة كجزء من أنظمة بيولوجية أخرى. تنتج المركبات المختلفة تغيرات مختلفة في الطاقة الحرة نتيجة لإزالة الفسفرة. [11]

جزيء التغير في الطاقة الحرة
فوسفات الأسيتيل 47.3 كيلوجول/مول
جلوكوز-6-فوسفات 13.8 كيلوجول/مول
فوسفوإينول بيروفات (PEP) -61.9 كيلوجول/مول
فوسفوكرياتين 43.1 كيلوجول/مول

يعتمد السيلوسيبين أيضًا على إزالة الفسفرة ليتم استقلابه إلى السيلوسين ثم التخلص منه. لا تتوفر حاليًا أي معلومات حول تأثير السيلوسيبين على التغيير في الطاقة الحرة.

النظام الضوئي الثاني

يشار إلى أول مركب بروتيني لتفاعلات التمثيل الضوئي المعتمدة على الضوء باسم النظام الضوئي الثاني . يستخدم المركب إنزيمًا لالتقاط فوتونات الضوء، مما يوفر عملية التمثيل الضوئي الأكبر مع جميع الإلكترونات اللازمة لإنتاج ATP. النظام الضوئي الثاني حساس بشكل خاص لدرجة الحرارة، [12] وقد تم ربط إزالة الفسفرة كمحرك للبلاستيكية في الاستجابة لدرجات الحرارة المتغيرة. يحدث إزالة الفسفرة البروتينية المتسارعة في أغشية الثايلاكويد الضوئية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يؤثر بشكل مباشر على إزالة الفسفرة من البروتينات الرئيسية داخل مجمع النظام الضوئي الثاني. [13]

علم الأمراض

يؤدي الإفراط في إزالة الفسفرة من غشاء ATPases ومضخات البروتون في الجهاز الهضمي إلى ارتفاع معدلات إفراز الأحماض الهضمية الكاوية. ويؤدي هذا إلى حرقة المعدة والتهاب المريء. وبالاقتران مع عدوى هيليكوباكتر بيلوري ، يحدث مرض القرحة الهضمية بسبب ارتفاع درجة الحموضة التي يثيرها إزالة الفسفرة. [14]

يتم فسفرة بروتين تاو المرتبط بالأنابيب الدقيقة بشكل غير طبيعي عند عزله من دماغ المرضى الذين يعانون من مرض الزهايمر . ويرجع هذا إلى خلل في آليات إزالة الفسفرة عند أحماض أمينية معينة على بروتين تاو. يتم تحفيز إزالة فسفرة تاو بواسطة بروتين الفوسفاتيز-2A والفوسفاتيز-2B. قد يكون نقص أو تعديل أحد البروتينين أو كليهما متورطًا في الفسفرة غير الطبيعية لتاو في مرض الزهايمر [15]

وقد ارتبطت عملية إزالة الفسفرة أيضًا بأمراض القلب ، وخاصة تغيير تفاعلات الأكتين والميوسين التي تعد أساسية لتوفير القوة الأساسية لنبضات القلب. تعد عملية إزالة الفسفرة جزءًا أساسيًا من حركية دورة الميوسين التي تتحكم بشكل مباشر في تفاعلات الأكتين والميوسين. عندما تنقطع عملية إزالة الفسفرة، يضعف الانقباض القلبي المعتمد على الكالسيوم أو يتعطل تمامًا. [16]

وقد أشارت الأبحاث أيضًا إلى أن التعديلات على إزالة الفسفرة تؤثر على العمليات الفسيولوجية المتورطة في مرض السكري . وقد ثبت أن حركية إزالة الفسفرة لمستقبلات الأنسولين الركيزة 1/2، وAkt، وERK1/2، والبروتينات الفسفورية تشارك في إشارات مستقبلات الأنسولين، وتوضح النماذج المختبرية أن التغييرات في حركية إزالة الفسفرة تؤثر على تحفيز الأنسولين في الاتجاهين العلوي والسفلي. [17]

علاج

يؤدي تثبيط مضخات البروتون [14] إلى تقليل حموضة الجهاز الهضمي بشكل كبير، مما يقلل من أعراض الأمراض المرتبطة بالحمض. يؤدي التغيير الناتج في درجة الحموضة إلى تقليل بقاء بكتيريا الملوية البوابية ، وهي سبب رئيسي لمرض قرحة المعدة. بمجرد أن يقضي مثبط مضخة البروتون على هذه البكتيريا داخل الأمعاء، فإن ذلك يعكس ارتداد التآكل. تحسن علاج أمراض القلب باستخدام الأدوية التي تمنع AMPK عن طريق إزالة الفسفرة. [18] في علاج مرض السكري، تكون أدوية السلفونيل يوريا قادرة على تحفيز إزالة الفسفرة من ناقل الجلوكوز GLUT4 ، مما يقلل من مقاومة الأنسولين ويزيد من استخدام الجلوكوز. [19]

تطبيقات البحث

يمكن أن تلعب عملية إزالة الفسفرة دورًا رئيسيًا في علم الأحياء الجزيئي، وخاصة الاستنساخ باستخدام إنزيمات القيد . قد تعاد ربط الأطراف المقطوعة للناقل أثناء خطوة الربط بسبب الفسفرة. باستخدام فوسفاتاز إزالة الفسفرة، يمكن تجنب إعادة الربط. [20] غالبًا ما يتم الحصول على الفوسفاتاز القلوي ، الذي يزيل مجموعة الفوسفات الموجودة عند الطرف 5' لجزيء الحمض النووي، بشكل طبيعي، والأكثر شيوعًا من أمعاء العجل، ويختصر باسم CIP . [21]

القوى التطورية الأساسية

إعادة بناء الحالة السلفية والمحاذاة المتجانسة بين الأنواع. أ إعادة بناء الحالة السلفية لـ Val129 البشري (السهم الأحمر) استنادًا إلى طريقة الاقتصاد الأقصى (MP) في MEGA11. ب المحاذاة الإقليمية التي تضم موقع Val129 البشري (السهم الأسود فوق المحاذاة).

إن قوة الانتقاء الطبيعي لإزالة الفسفرة غير مفهومة بشكل كبير. فقد وجدت دراسة حديثة أن IRF9، الذي ينتمي إلى عائلة عوامل تنظيم الإنترفيرون (IRFs)، وهي عائلة حاسمة للاستجابة المناعية المضادة للفيروسات، يمكن أن يتأثر بالانتقاء الطبيعي أثناء تطور النوع البشري. [22] وقد تم العثور على الانتقاء الإيجابي في موقع الأحماض الأمينية Val129 (NP_006075.3:p.Ser129Val) لـ IRF9 البشري. إن الحالة الأصلية (Ser129) محفوظة بين الثدييات، في حين تم تثبيت الحالة الجديدة (Val129) قبل حدث "الخروج من إفريقيا" منذ حوالي 500000 عام. قد يعمل هذا الحمض الأميني الشاب (Val129) كموقع لإزالة الفسفرة من IRF9. وقد يؤثر إزالة الفسفرة على النشاط المناعي لـ IRF9. [22]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ Ardito F, Giuliani M, Perrone D, Troiano G, Lo Muzio L (أغسطس 2017). "الدور الحاسم لفسفرة البروتين في إشارات الخلايا واستخدامها كعلاج مستهدف (مراجعة)". المجلة الدولية للطب الجزيئي . 40 (2): 271-280. doi : 10.3892/ijmm.2017.3036 . PMC  5500920. PMID  28656226 .
  2. ^ den Hertog J (نوفمبر 2003). "تنظيم فوسفاتاز البروتين في المرض والسلوك". تقارير EMBO . 4 (11): 1027–1032. doi :10.1038/sj.embor.7400009. PMC 1326379. PMID  14578923 . 
  3. ^ Fischer EH, Krebs EG (سبتمبر 1955). "تحويل فوسفوريلاز ب إلى فوسفوريلاز أ في مستخلصات العضلات". مجلة الكيمياء الحيوية . 216 (1): 121-132. doi : 10.1016/S0021-9258(19)52289-X . PMID  13252012.
  4. ^ Khandelwal RL, Vandenheede JR, Krebs EG (أغسطس 1976). "تنقية وخصائص وخصوصيات الركيزة لفوسفاتاز الفوسفوبروتين من كبد الأرانب". مجلة الكيمياء الحيوية . 251 (16): 4850-4858. doi : 10.1016/S0021-9258(17)33194-0 . PMID  8449.
  5. ^ Krebs EG, Beavo JA (1979). "Phosphorylation-dephosphorylation of chemicals". Annual Review of Biochemistry . 48 : 923–959. doi :10.1146/annurev.bi.48.070179.004423. PMID  38740.
  6. ^ راجو تي إن (يونيو 2000). "سجلات نوبل. 1992: إدموند إتش فيشر (مواليد 1920) وإدوين جي كريبس (مواليد 1918)". لانسيت . 355 (9219): 2004. doi :10.1016/S0140-6736(05)72951-2. PMID  10859071. S2CID  54322974.
  7. ^ PDB : 1d5r ؛ Lee JO، Yang H، Georgescu MM، Di Cristofano A، Maehama T، Shi Y، وآخرون (أكتوبر 1999). "البنية البلورية لمثبط الورم PTEN: الآثار المترتبة على نشاط فوسفاتاز الفوسفوإينوزيتيد وارتباطه بالغشاء". Cell . 99 (3): 323–334. doi : 10.1016/S0092-8674(00)81663-3 . PMID  10555148.
  8. ^ Beltrao P, Trinidad JC, Fiedler D, Roguev A, Lim WA, Shokat KM, et al. (يونيو 2009). "تطور تنظيم الفسفرة: مقارنة أنماط الفسفرة عبر أنواع الخميرة". PLOS Biology . 7 (6): e1000134. doi : 10.1371/journal.pbio.1000134 . PMC 2691599. PMID  19547744 . 
  9. ^ Bononi A, Agnoletto C, De Marchi E, Marchi S, Patergnani S, Bonora M, et al. (2011). "البروتينات الكينازية والفوسفاتازات في التحكم في مصير الخلية". Enzyme Research . 2011 : 329098. doi : 10.4061/2011/329098 . PMC 3166778. PMID  21904669 . 
  10. ^ Celis JE, Madsen P, Ryazanov AG (يونيو 1990). "زيادة فسفرة عامل الاستطالة 2 أثناء الانقسام الفتيلي في الخلايا السلوية البشرية المحولة ترتبط بانخفاض معدل تخليق البروتين". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 87 (11): 4231-4235. Bibcode :1990PNAS...87.4231C. doi : 10.1073/pnas.87.11.4231 . PMC 54082. PMID  2349232 . 
  11. ^ ab Casiday R, Herman C, Frey R (5 سبتمبر 2008). "طاقة الجسم: الفسفرة التأكسدية". قسم الكيمياء، جامعة واشنطن . تم الاسترجاع في 5 أبريل 2013 .
  12. ^ ياموتشي، ياسو (29 يوليو 2011). "النباتات تغير نظامها الضوئي عند درجات حرارة عالية لحماية نظامها الضوئي الثاني". Nature Precedings . doi : 10.1038/npre.2011.6168.1 .
  13. ^ Rokka A, Aro EM, Herrmann RG, Andersson B, Vener AV (أغسطس 2000). "إزالة الفسفرة من بروتينات مركز تفاعل النظام الضوئي الثاني في الأغشية الضوئية النباتية كاستجابة فورية للارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة". Plant Physiology . 123 (4): 1525–1536. doi :10.1104/pp.123.4.1525. PMC 59108. PMID  10938368 . 
  14. ^ ab Robinson M (يونيو 2005). "مثبطات مضخة البروتون: تحديث حول دورها في أمراض الجهاز الهضمي المرتبطة بالأحماض". المجلة الدولية للممارسة السريرية . 59 (6): 709-715. doi : 10.1111/j.1368-5031.2005.00517.x . PMID  15924600. S2CID  41914054.
  15. ^ Gong CX, Grundke-Iqbal I, Iqbal K (أغسطس 1994). "إزالة الفسفرة من بروتين تاو المفسفر بشكل غير طبيعي في مرض الزهايمر بواسطة بروتين الفوسفاتيز-2A". علم الأعصاب . 61 (4): 765-772. doi :10.1016/0306-4522(94)90400-6. PMID  7838376. S2CID  39662308.
  16. ^ Sheikh F, Ouyang K, Campbell SG, Lyon RC, Chuang J, Fitzsimons D, et al. (أبريل 2012). "النماذج الحاسوبية والفأرية تربط بين إزالة الفسفرة من Mlc2v وحركية الميوسين المتغيرة في أمراض القلب المبكرة". مجلة التحقيقات السريرية . 122 (4): 1209-1221. doi :10.1172/JCI61134. PMC 3314469. PMID  22426213 . 
  17. ^ Zhande R, Zhang W, Zheng Y, Pendleton E, Li Y, Polakiewicz RD, Sun XJ (ديسمبر 2006). "إزالة الفسفرة بشكل افتراضي، آلية محتملة لتنظيم ركيزة مستقبل الأنسولين-1/2، وAkt، وERK1/2". مجلة الكيمياء الحيوية . 281 (51): 39071–39080. doi : 10.1074/jbc.M605251200 . PMID  17068339.
  18. ^ Hutchinson DS, Summers RJ, Bengtsson T (سبتمبر 2008). "تنظيم نشاط بروتين كيناز المنشط بـ AMP بواسطة مستقبلات مقترنة بالبروتين G: فائدة محتملة في علاج مرض السكري وأمراض القلب". علم الأدوية والعلاجات . 119 (3): 291-310. doi :10.1016/j.pharmthera.2008.05.008. PMID  18606183.
  19. ^ مولر جي، ويد إس (ديسمبر 1993). "يحفز عقار السلفونيل يوريا، جليمبيريد، نقل الجلوكوز، ونقل ناقل الجلوكوز، وإزالة الفسفرة في الخلايا الدهنية المقاومة للأنسولين في المختبر" (PDF) . مرض السكري . 42 (12): 1852-1867. doi :10.2337/diabetes.42.12.1852. PMID  8243832.
  20. ^ Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T (1989). الاستنساخ الجزيئي: دليل المختبر (الطبعة الثانية). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
  21. ^ Makovets S, Blackburn EH (نوفمبر 2009). "إشارة تلف الحمض النووي تمنع إضافة التيلومير الضارة عند انقطاع الحمض النووي". علم الأحياء الخلوي الطبيعي . 11 (11): 1383-1386. doi :10.1038/ncb1985. PMC 2806817. PMID  19838171 . 
  22. ^ ab Chen J, He X, Jakovlić I (نوفمبر 2022). "التثبيت الإيجابي المدفوع بالاختيار لطفرة حمض أميني خاصة بالهومينين مرتبطة بإزالة الفسفرة في IRF9". BMC Ecology and Evolution . 22 (1): 132. doi : 10.1186/s12862-022-02088-5 . PMC 9650800. PMID  36357830 .  تم نسخ النص من هذا المصدر، والذي يتوفر بموجب رخصة المشاع الإبداعي المنسوبة 4.0 الدولية.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=إزالة الفسفرة&oldid=1250851647"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate