Fosforylace

Z Wikipedie, otev?ene encyklopedie
Fosforylovany serinovy zbytek

Fosforylace je adice fosfatovych skupin (PO   3?
4   ) na proteiny nebo jine organicke molekuly . M??e m?nit strukturu protein? v enzymech a tim i jejich funkci a ?innost. Fosforylace protein? hraje vyznamnou roli v cele ?ad? bun??nych proces?. Z tohoto d?vodu se stava p?edm?tem ?ady biochemickych vyzkum?.

Fosforylace protein? [ editovat | editovat zdroj ]

Historie [ editovat | editovat zdroj ]

V roce 1906 Phoebus A. Levene v Rockefellerov? ustavu pro leka?sky vyzkum identifikoval fosfat v bilkovin? vitellin, [1] a v roce 1933 Fritz Lipmann objevil fosfoserin v kaseinu. [2] Nicmen? trvalo dal?ich 20 let, ne? Eugene P. Kennedy popsal prvni "enzymatickou fosforylaci protein?". [3]

Funkce [ editovat | editovat zdroj ]

Reverzibilni fosforylace protein? je d?le?ity regula?ni mechanismus, ktery se vyskytuje u prokaryotickych i eukaryotickych organism? . [4] [5] [6] [7] Kinazy fosforyluji bilkoviny a fosfatazy bilkoviny defosforyluji. Mnohe enzymy a receptory jsou ve stavu "zapnuty" nebo "vypnuty" prost?ednictvim fosforylace a defosforylace. Reverzibilni fosforylace vede ke konforma?nim zm?nam struktury mnohych enzym? a receptor? , ktere zp?sobuji aktivaci nebo deaktivaci. Fosforylace se v eukaryotickych proteinech obvykle vyskytuje na aminokyselinach serin , threonin , tyrosin a histidinovych zbytcich . Histidinova fosforylace eukaryotickych protein? je ?ast?j?i ne? fosforylace na tyrosinu . V prokaryotickych bilkovinach dochazi k fosforylaci zbytk? aminokyselin serin, threonin, tyrosin, histidin, arginin nebo lysin . [4] [5] [8] [8] [9] P?idanim fosfatovych iont? (HPO   2-
4   ) na polarni R skupiny aminokyselinovych zbytk? se mohou zm?nit hydrofobni ?asti proteinu na polarni a extremn? hydrofilni ?ast molekuly. Timto zp?sobem je mo?ne zavest konforma?ni zm?nu ve struktu?e proteinu prost?ednictvim interakce s jinymi hydrofobnimi a hydrofilnimi ?astmi proteinu . Jeden takovy p?iklad regulace je fosforylace p53 tumor supresorovych protein?. Protein p53 je siln? regulovan [10] a obsahuje vice ne? 18 r?znych mist fosforylace. Aktivace p53 m??e vest k zastav? bun??neho cyklu , ktery m??e byt obracen a za ur?itych okolnosti m??e vest k apoptoticke bun??ne smrti . [11] Tato aktivita se vyskytuje pouze v situacich, kdy jsou bu?ky po?kozene, nebo je u zdravych jedinc? naru?ena jejich fyziologie . Po deaktiva?nim signalu je protein znovu defosforylovan a p?estane fungovat. Aktivace fosforylaci je mechanismus, ktery se vyskytuje v mnoha formach p?enosu signal?, jako nap?iklad zp?sob, jakym se sv?tlo zpracovava ve sv?tlo?ivnych bu?kach sitnice.

Regula?ni role fosforylace:

  • Termodynamika biologickych system? pro reakce vy?adujici energii
    • Fosforylace Na + /K + -ATPazy b?hem p?epravy sodikovych (Na + ) a draslikovych (K + ) iont? p?es bun??nou membranu v osmoregulaci pro udr?eni homeostazy v t?le.
  • Zprost?edkovani inhibice enzymu
    • Fosforylace enzymu GSK-3 pomoci protein kinazy B jako sou?ast inzulinove signalni drahy. [12]
    • Fosforylace Src tyrozin kinazy p?es C-terminalni Src kinazu (Csk) indukuje konforma?ni zm?nu v enzymu, ktera zakryva jeho kinazove domeny, a tak se vypne kinazova aktivita. [13]
  • Protein-proteinove interakce prost?ednictvim "rozeznavacich domen"
    • Fosforylace cytosolickych komponent? NADPH oxidazy, co? je velky membranov? vazany multi-proteinovy enzym p?itomny u fagocytarnich bun?k , hraje d?le?itou roli v regulaci protein-proteinovych interakci v tomto enzymu. [14]
  • Degradace protein?
    • V roce 1990 bylo zji?t?no, ?e fosforylace n?kterych protein? zp?sobuje jejich degradaci p?es ATP-dependentni ubiquitin / proteazomove drahy. Tyto cilove proteiny se stanou substraty pro jednotlive E3 ubiquitin ligazy pouze tehdy, jsou-li fosforylovany.

Signalni drahy [ editovat | editovat zdroj ]

Objasn?ni komplexni signalni drahy fosforylace m??e byt obti?ne. V bun??nych signalnich drahach protein A fosforyluje protein B a protein B pak fosforyluje protein C. Nicmen?, v jinych signalnich drahach protein D fosforyluje protein A, nebo fosforyluje protein C. Globalni p?istupy jako je fosfoproteomika (co? je studium fosforylovanych protein? prost?ednictvim proteomiky v kombinaci s hmotnostni spektrometrii), byly vyu?ity k identifikaci a kvantifikaci dynamickych zm?n fosforylovanych protein? v pr?b?hu ?asu. Tyto techniky jsou d?le?ite pro systematickou analyzu komplexnich fosforyla?nich siti. [15] Byly usp??n? pou?ity k identifikaci dynamickych zm?n ve stavu fosforylace na vice ne? 6000 mistech po stimulaci epidermalnim r?stovym faktorem. [16]

Jiny p?istup k pochopeni fosforyla?nich siti je na zaklad? m??eni geneticke interakce mezi vice fosforylovanymi proteiny a jejich cili. To ukazuje zajimave opakujici se vzorce interakci tzv. si?ove motivy. [17]

Mista proteinove fosforylace [ editovat | editovat zdroj ]

Existuje tisice r?znych fosforyla?nich mist v dane bu?ce, proto?e:

  • Existuje tisice r?znych druh? bilkovin v konkretni bu?ce (nap?iklad lymfocyt? )
  • Odhaduje se, ?e 1/10 a? 1/2 protein? je fosforylovana (v ur?item bun??nem stavu)
  • Fosforylace se ?asto vyskytuje na n?kolika r?znych mistech na danem proteinu

Fosforylace jakehokoli mista na danem proteinu m??e zm?nit funkci nebo lokalizaci tohoto proteinu. Nap?iklad, pokud je aminokyselina Serin-473 ("S473") v proteinu AKT fosforylovana, protein kinaza B je funk?n? aktivni jako kinaza. Pokud protein kinaza B neni fosforylovana, je to neaktivni kinaza .

Typy fosforylace [ editovat | editovat zdroj ]

Uvnit? bilkoviny m??e dojit k fosforylaci na n?kolika aminokyselinach. Fosforylace na serinu je nej?ast?j?i, hned za nim nasleduje threonin . Tyrosinova fosforylace je pom?rn? vzacna. Vzhledem k tomu, ?e tyrosin-fosforylovane proteiny je pom?rn? snadne purifikovat pomoci protilatek , jsou fosforylace prost?ednictvim tyrosinu pom?rn? dob?e prozkoumane. Fosforylace histidinu a aspartatu se vyskytuji hlavn? u prokaryot jako sou?ast dvouslo?kove signalizace. V n?kterych specifickych p?ipadech se m??e vyskytovat take v signalnich drahach u eukaryot. [18]

Detekce a charakterizace [ editovat | editovat zdroj ]

Protilatky mohou byt pou?ity jako vykonne nastroje pro detekci toho, zda je protein na ur?item mist? fosforylovan. Protilatky va?ou a detekuji konforma?ni zm?ny vyvolane fosforylaci protein?. Tyto protilatky se nazyvaji fosfo-specificke. Nyni jsou k dispozici stovky t?chto protilatek. [19] Jsou to d?le?ite biochemicke nastroje a to jak pro zakladni vyzkum, tak pro klinicke diagnozy.

P?iklad posttransla?ni modifikace detekovane na 2D gelu YUI(hranice byly vymezene podle analytickeho softwaru, identifikace byla provedena hmotnostni spektrometrii, P46462 je ID proteinu v Expasy)

Posttransla?ni modifikace [ editovat | editovat zdroj ]

PTM (Posttransla?ni modifikace) izoformy jsou snadno zjistitelne na 2D gelu. Fosforylace nahrazuje neutralni hydroxylove skupiny na serinech a threoninech nebo tyrosinech za negativn? nabite fosfatove skupiny s pKs kolem 1.2 a 6.5. Pod pH 5,5 fosfaty p?idaji jeden zaporny naboj, u pH 6,5 p?idavaji 1,5 zaporneho naboje, nad pH 7,5 p?idavaji 2 zaporne naboje. Relativni mno?stvi ka?de izoformy m??e byt take snadno a rychle ur?eno z intenzity zbarveni na 2D gelu. V n?kterych velmi specifickych p?ipadech, je mo?ne detekovat fosforylaci jako posun v proteinu. Tuhle elektroforetickou pohyblivost lze provad?t pomoci jednoduchych 1rozm?rnych SDS-PAGE gel?, jak je to popsano nap?iklad pro transkrip?ni koaktivator v ?lanku Kovacs et al. [20] V?t?ina fosforyla?nich mist, pro ktere byly tyto mobilni posuny popsany spadaji do kategorie SP a TP mist. (tj. prolinove zbytky nasledovane fosforylovanymi serinovymi nebo threoninovymi zbytky). Nedavne rozsahle analyzy hmotnostni spektrometrie byly pou?ity k ur?eni mista fosforylace protein?. Za posledni 4 roky, desitky studii zve?ejnily ka?dou identifikaci tisic? mist, z nich? d?ive mnohe nebyly popsany. [21] [22] Hmotnostni spektrometrie je idealni pro takove analyzy, pro ktere p?idavani fosforylace vede ke zvy?eni mno?stvi protein? a fosforylovaneho zbytku. Nicmen?, pokro?ile, vysoce p?esne hmotnostni spektrometry jsou u t?chto studii nezbytne, co? p?edstavuje omezeni pouze na laborato?e s nejmodern?j?imi hmotnostnimi spektrometry.

Podrobna charakterizace lokalit fosforylace je velmi obti?na, a kvantifikaci protein? fosforylaci pomoci hmotnostni spektrometrie vy?aduje vnit?ni standardni p?istupy s pou?itim izotop? [23] Relativni kvantifikaci lze ziskat s r?znymi diferencialnimi technologiemi, nap?iklad ozna?ovani prost?ednictvim izotop?. [24] Existuje take n?kolik kvantitativnich metod proteinove fosforylace, v?etn? fluorescen?nich a imunologickych, FRET, TRF, fluorescen?ni polarizace , fluorescen?ni spektroskopie , gelova retarda?ni analyza (EMSA) , bead-based detekce (metoda pozostavajici ze t?ech prvk?: kuli?ka (pr?m?rem 5,6-microm?), oligomerni zachycovaci sondy p?ipojene k povrchu a t?i fluorofory pro multiplexni detekci), cell-based metody (metody zalo?ene na bazi bun??nych test? se vztahuji na n?ktery z ?ady r?znych experiment? zalo?enych na pou?iti ?ivych bun?k. Tyto metody mohou obsahovat r?zne testy, ktere m??i proliferaci bun?k, toxicitu, motilitu, m??itelnou vyrobu produktu, a morfologii bun?k. Cell-based testy nabizeji p?esn?j?i vyjad?eni realneho ?ivota v modelu, proto?e jsou pou?ivany ?ive bu?ky, a take nabizeji mo?nost dynamickeho experimentu prost?ednictvim sledovani mno?stvi nebo chovani ?ivych bun?k). [25] [26]

Jine druhy [ editovat | editovat zdroj ]

ATP, "vysoce energeticke" vym?nne medium v bu?ce, je syntetizovano v mitochondriich p?idanim t?eti fosfatove skupiny na ADP v procesu nazvanem oxida?ni fosforylace. Dal?i zp?sob tvorby ATP je syntetizace na ukor slune?ni energie v procesu fotofosforylace v chloroplastech rostlinnych bun?k. Fosforylace cukr? je ?asto prvni faze jejich katabolismu . To umo??uje bu?kam hromadit cukry, proto?e fosfatova skupina brani molekulam difundovat zpatky p?es jejich transportery. Dale existuje tzv. substratova fosforylace , p?i ktere vznikne ATP mimo dychaci ?et?zec (nap?.: z GTP vznikajici v Citratovem cyklu , p?i glykolyze , apod...).

Reference [ editovat | editovat zdroj ]

V tomto ?lanku byl pou?it p?eklad textu z ?lanku Phosphorylation na anglicke Wikipedii.

  1. ↑ Levene PA; ALSBERG CL. The cleavage products of vitellin. J. Biol. Chem. . 1906, s. 127?133. Dostupne v archivu po?izenem dne 2020-06-09.  
  2. ↑ Lipmann FA; LEVENE PA. Serinephosphoric acid obtained on hydrolysis of vitellinic acid. J. Biol. Chem. . 1932, s. 109?114. Dostupne v archivu po?izenem dne 2020-06-09.  
  3. ↑ Burnett G; KENNEDY EP. The enzymatic phosphorylation of proteins. J. Biol. Chem. . 1954, s. 969?80. Dostupne v archivu po?izenem dne 2020-06-09. PMID 13221602 .  
  4. ↑ a b Cozzone AJ. Protein phosphorylation in prokaryotes. Annu. Rev. Microbiol. . 1988, s. 97?125. DOI 10.1146/annurev.mi.42.100188.000525 . PMID 2849375 .  
  5. ↑ a b Stock JB; NINFA AJ; STOCK AM. Protein phosphorylation and regulation of adaptive responses in bacteria. Microbiol. Rev. . 1989, s. 450?90. PMID 2556636 .  
  6. ↑ Chang C; STEWART RC. The Two-Component System . Regulation of Diverse Signaling Pathways in Prokaryotes and Eukaryotes. Plant Physiol. . 1998, s. 723?31. DOI 10.1104/PPSOE.117.3.723 . PMID 9662515 .  
  7. ↑ Barford D; DAS AK; EGLOFF MP. The structure and mechanism of protein phosphatases: insights into catalysis and regulation. Annu Rev Biophys Biomol Struct . 1998, s. 133?64. DOI 10.1146/annurev.biophys.27.1.133 . PMID 9646865 .  
  8. ↑ a b Ciesla J; FRACZYK T; RODE W. Phosphorylation of basic amino acid residues in proteins: important but easily missed. Acta Biochim Pol . 2011, s. 137?47. PMID 21623415 .  
  9. ↑ Deutscher J; SAIER. Ser/Thr/Tyr protein phosphorylation in bacteria - for long time neglected, now well established. J Mol Microbiol Biotechnol . 2005, s. 125?31. DOI 10.1159/000089641 . PMID 16415586 .  
  10. ↑ Ashcroft M; KUBBUTAT MH; VOUSDEN KH. Regulation of p53 Function and Stability by Phosphorylation. Mol. Cell. Biol. . 1999, s. 1751?8. PMID 10022862 .  
  11. ↑ Bates S; VOUSDEN KH. p53 in signaling checkpoint arrest or apoptosis. Curr. Opin. Genet. Dev. . 1996, s. 12?8. DOI 10.1016/S0959-437X(96)90004-0 . PMID 8791489 .  
  12. ↑ van Weeren PC; DE BRUYN KM; DE VRIES-SMITS AM; VAN LINT J; BURGERING BM. Essential role for protein kinase B (PKB) in insulin-induced glycogen synthase kinase 3 inactivation. Characterization of dominant-negative mutant of PKB. J. Biol. Chem. . 1998, s. 13150?6. DOI 10.1074/jbc.273.21.13150 . PMID 9582355 .  
  13. ↑ Cole PA; SHEN K; QIAO Y; WANG D. Protein tyrosine kinases Src and Csk: a tail's tale. Curr Opin Chem Biol . 2003, s. 580?5. DOI 10.1016/j.cbpa.2003.08.009 . PMID 14580561 .  
  14. ↑ Babior BM. NADPH oxidase: an update. Blood . 1999, s. 1464?76. PMID 10029572 .  
  15. ↑ Olsen JV; BLAGOEV B; GNAD F; MACEK B; KUMAR C; MORTENSEN P; MANN M. Global, in vivo, and site-specific phosphorylation dynamics in signaling networks. Cell . 2006, s. 635?48. DOI 10.1016/j.cell.2006.09.026 . PMID 17081983 .  
  16. ↑ Li-Rong Y; ISSAQ HJ; VEENSTRA TD. Phosphoproteomics for the discovery of kinases as cancer biomarkers and drug targets. Proteomics - Clinical Applications . 2007, s. 1042?1057. DOI 10.1002/prca.200700102 . PMID 21136756 .  
  17. ↑ Fiedler D; BRABERG H; MEHTA M; CHECHIK G; CAGNEY, Gerard; MUKHERJEE, Paromita; SILVA, Andrea C. Functional Organization of the S. cerevisiae Phosphorylation Network. Cell . 2009, s. 952?963. DOI 10.1016/j.cell.2008.12.039 . PMID 19269370 .  
  18. ↑ Thomason P; KAY R. Eukaryotic signal transduction via histidine-aspartate phosphorelay. J. Cell. Sci. . 2000, s. 3141?50. Dostupne online . PMID 10954413 .  
  19. ↑ phospho antibody [online]. [cit. 2009-01-22]. Dostupne v archivu po?izenem dne 2009-01-29.  
  20. ↑ KOVACS KA, Steinmann M, Magistretti PJ, Halfon O, Cardinaux JR. CCAAT/enhancer-binding protein family members recruit the coactivator CREB-binding protein and trigger its phosphorylation. J Biol. Chem. . UNITED STATES: 2003, s. 36959?65. ISSN 0021-9258 . DOI 10.1074/jbc.M303147200 . PMID 12857754 .  
  21. ↑ Munton RP; TWEEDIE-CULLEN R; LIVINGSTONE-ZATCHEJ M; WEINANDY F; WAIDELICH M; LONGO D; GEHRIG P. Qualitative and quantitative analyses of protein phosphorylation in naive and stimulated mouse synaptosomal preparations. Mol. Cell Proteomics . 2007, s. 283?93. DOI 10.1074/mcp.M600046-MCP200 . PMID 17114649 .  
  22. ↑ Trinidad JC; THALHAMMER A; SPECHT CG; LYNN AJ; BAKER PR; SCHOEPFER R; BURLINGAME AL. Quantitative analysis of synaptic phosphorylation and protein expression. Mol. Cell Proteomics . 2008, s. 684?96. DOI 10.1074/mcp.M700170-MCP200 . PMID 18056256 .  
  23. ↑ Gerber SA; RUSH J; STEMMAN O; KIRSCHNER MW; GYGI SP. Absolute quantification of proteins and phosphoproteins from cell lysates by tandem MS. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. . 2003, s. 6940?5. DOI 10.1073/pnas.0832254100 . PMID 12771378 .  
  24. ↑ Gygi SP; RIST B; GRIFFIN TJ; ENG J; AEBERSOLD R. Proteome analysis of low-abundance proteins using multidimensional chromatography and isotope-coded affinity tags. J. Proteome Res. . 2002, s. 47?54. DOI 10.1021/pr015509n . PMID 12643526 .  
  25. ↑ Olive DM. Quantitative methods for the analysis of protein phosphorylation in drug development. Expert Rev Proteomics . 2004, s. 327?41. DOI 10.1586/14789450.1.3.327 . PMID 15966829 .  
  26. ↑ Chen H; KOVAR J; SISSONS S; COX K; MATTER W; CHADWELL F; LUAN P. A cell-based immunocytockemical assay for monitoring kinase signaling pathways and drug efficacy. Anal. Biochem. . 2005, s. 136?42. DOI 10.1016/j.ab.2004.11.015 . PMID 15707944 .  

Externi odkazy [ editovat | editovat zdroj ]

Primarni struktura protein? a posttransla?ni modifikace
Hlavni
N-konec aminokyselin
C-konec aminokyselin
Specificke aminokyseliny
Serin / Threonin
Tyrosin
Cystein
Aspartat
Glutamat
Asparagin
Glutamin
Lysin
Arginin
Prolin
Histidin
Tryptofan
P?i?ne vazby mezi dv?ma aminokyselinami
Cystein - Cystein
Metionin - Hydroxylysin
Lysin - Tyrosylchinon
Tryptofan - Tryptofylchinon
T?i po sob? nasledujici aminokyseliny
(Chromoforova formace)
Serin ? Tyrosin ? Glycin
Histidin ? Tyrosin ? Glycin
P?i?ne vazby mezi ?ty?mi aminokyselinami
Allysin - Allysin - Allysin - Lysin
Citovano z ? https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Fosforylace&oldid=23243104 “