Fosforylaatioon

Fosforylaatio on kemiallinen muutos, jossa fosfaattiryhmä lisätään biomolekyyliin. Biologiassa fosforylaatio tapahtuu usein siten, että kinaasi siirtää fosfaattiryhmän ATP:sta substraattiin, jolloin ADP muodostuu. Fosforylaatio voi muuttaa molekyylin rakennetta ja konformaatioita sekä vaikuttaa sen vuorovaikutuksiin, aktiivisuuteen ja sijaintiin solussa. Se on keskeinen säätelymekanismi signaalireiteissä ja aineenvaihdunnassa.

Kinasi ovat entsyymejä, jotka katalysoivat fosforylaation. Yleisimmät ovat serine/threonine- ja tyrosine-kinases, mutta myös harvinaisempia tyyppejä esiintyy. Fosforylaatio on tavallisesti ATP:n energian käyttöä, ja useimmat kinaasit tarvitsevat magnesium-ionssia (Mg2+). Fosforylaation vaikutus riippuu kohteesta: se voi aktivoida tai estää proteiinin toimintaa sekä muuttaa sen sitoutumiskykyä ja alkanutta signaalireaktiota.

Dephosphorylaatio tapahtuu fosfataasien toimesta, jotka poistavat fosfaattiryhmän. Fosforylaatio on usein dynaaminen, nopeasti muuttuva säätelykeino soluissa, ja sitä käytetään monissa signaalireiteissä sekä aineenvaihdunnan ohjauksessa. Sääteleminen tapahtuu usein entrofeissa ja proteiinitasolla sekä vaikuttaa entsyymien aktiivisuuteen, alireitteihin ja solun vasteaikaan.

Esimerkkejä merkittävistä prosesseista ovat proteiinien fosforylaatio signaalireiteissä (esimerkiksi MAPK- ja PKA-polut) sekä energiatalouden säätelyssä (glykogeenin aineenvaihdunta, glycogen phosphorylase). Epäonnistuminen fosforylaation säätelyssä liittyy moniin sairauksiin, kuten syöpään, diabetes ja neurodegeneratiivisiin tauteihin (tau-proteiinin hyperfosforylaatio Alzheimerin taudissa).

Tutkimuksessa fosforylaatiota seurataan yleisesti fosfo-spesifisillä antibioottisilla ja massaspektrometrisillä menetelmillä, joiden avulla voidaan kartoittaa yksittäisten proteiinien fosforylaatiotilanteet ja niiden dynaaminen muutokset.