Fosforilación

Grupo fosfato.

A reacción de fosforilación é a adición dun grupo fosfato inorgánico (PO₄^3–) a calquera outra molécula. A fosforilación serve para formar enlaces "enerxéticos" (que poden ceder facilmente enerxía libre) e para regular a actividade de moléculas (encimas principalmente). É unha reacción moi importante en bioquímica e é obxecto dunha intensa investigación, sobre todo a fosforilación de proteínas.

No metabolismo, a fosforilación é o mecanismo básico de transporte de enerxía desde os lugares onde se produce ata os lugares onde se necesita.

Moléculas fosforiladas enerxéticas

ATP.

O ATP é a principal molécula que transporta e cede enerxía na célula, pero tamén existen outros nucleótidos que poden amacenar e ceder enerxía, pero que interveñen só en reaccións especializadas do metabolismo e non desempeñan o papel xeral do ATP. Entre elas están o GTP (intervén, por exemplo, na síntese de proteínas), ou UTP (intervén no metabolismo de polisacáridos), CTP (intervén metabolismo de lípidos). Ademais os nucleósidos trifosfato son necesarios para a síntese dos ácidos nucleicos, na que perden dous fosfatos.

Ademais, existen tamén outras moléculas que quedan moi "enerxizadas" ao unirse a elas un fosfato e que se denominan moléculas fosfatadas de alta enerxía. Cando o seu fosfato se hidroliza poden ceder enerxía para impulsar algunha reacíón. Entre elas están o 1,3-difosfoglicerato, ou o fosfoenolpiruvato.

A fosfocreatina almacena temporalmente enerxía no músculo e tecido nervioso e despois pode pasar o seu fosfato ao ADP por fosforilación pola acción do encima creatina quinase. No músculo hai 3 ou 4 veces máis fosfocreatina ca ATP.

Fosforilación do ADP

A fosforilación máis importante do metabolismo é a fosforilación do ADP, é dicir, a adición dun grupo fosfato ao ADP para formar ATP:

ADP + P → ATP + H₂O

Hai diversas formas de fosforilar o ADP.

Fosforilación a nivel de substrato

Fosforilación a nivel de substrato.

Artigo principal: Fosforilación a nivel de substrato.

A fosforilación a nivel de substrato é a síntese de ATP a partir de ADP combinada cunha reacción exergónica na que o fosfato está unido a outra molécula que o cede, sen intervención do encima ATP sintase. Dáse, por exemplo, na reacción última da glicólise na que o fosfoenolpiruvato orixina piruvato e ATP.

Fosforilación realizada pola ATP sintase

ATP sintase producindo ATP a partir de ADP e P.

A ATP sintase é un encima de varias subunidades situado na membrana mitocondrial interna, membranas bacterianas e membrana dos tilacoides dos cloroplastos. Pode fosforilar o ADP cun fosfato inorgánico do medio grazas á enerxía dos protóns que a atravesan, debido á creación dun gradiente quimiosmótico por parte da cadea de transporte electrónico. O proceso chámase fosforilación oxidativa (mitocondrias, bacterias) na respiración celular, e fotofosforilación na fotosíntese.

Fosforilación oxidativa

Artigo principal: Fosforilación oxidativa.

A oxidación dos nutrientes durante a respiración celular libera enerxía química potencial que se utiliza para sintetizar ATP. Os electróns que perden os substratos oxidados son recollidos por coencimas, que os ceden á cadea de transporte electrónico mitocondrial (ou da membrana bacteriana), circulan por ela cedendo lentamente enerxía, que se utiliza para bombear protóns e crear un gradiente quimiosmótico. Cando os electróns pasan pola ATP sintetase, esta actívase e fosforila o ADP con fosfato inorgánico, xerando ATP.

Fotofosforilación

Artigo principal: Fotofosforilación.

É o proceso de formación de ATP durante a fase luminosa da fotosíntese. A enerxía absorbida da luz arranca electróns da clorofila, que circulan por unha cadea de transportadores de electróns da membrana dos tilacoides do cloroplasto (distinta da mitocondrial) e van cedendo pouco a pouco enerxía, que se aproveita para bombear protóns ao interior do tilacoide. Os protóns crean un gradiente quimiosmótico, e saen do tilacoide pola ATP sintase, que se activa e sintetiza o ATP. O doante último de electróns é a auga, que cede electróns ás clorofilas para que estas recuperen os electróns que perderon ao darlles a luz. Deste modo a enerxía da luz almacénase como enerxía química dos enlaces entre os fosfatos do ATP.

Fosforilación de proteínas

Actuación dunha proteína quinase.

Artigo principal: Fosforilación de proteínas.

A fosforilación das proteínas e, en especial de encimas, é un dos principais mecanismos de regulación da súa actividade. Un tipo de quinases chamadas proteína quinases son as encargadas de fosforilar as outras proteínas. Outras, chamadas fosfatases separan o fosfato. Isto marca e regula a actividade da proteína. Por exemplo, pode marcala para a súa degradación polo sistema ubiquitina/proteasoma, para a sinalización celular, para activar ou inhibir etc.

Outras reaccións de fosforilación

Existen moitas reaccións metabólicas nas que se fosforilan moléculas. Por exemplo, na primeira reacción da glicólise o encima hexoquinase adiciona un grupo fosfato ao carbono 6 da glicosa, que se transforma así en glicosa-6-fosfato. A molécula "cárgase" de enerxía, que se utilizará nas reaccións posteriores da glicólise, adquire carga (no seu fosfato) e queda atrapada no citosol da célula (non hai transportadores de membrana que a poidan levar fóra co fosfato unido). No fígado esta molécula perde o seu fosfato e pode xa saír á circulación sanguínea.

Ligazóns externas

• Fosforilación en mamíferos. Anticorpos fosfo-específicos. (en inglés)
• deltaMasses, detección e localización de fosforilacións en estudos de espectrometría de masas. (en inglés)
• Análise funcional da fosforilación específica en proteínas diana. (en inglés)