Биологический смысл процесса
Фосфорилирование и дефосфорилирование представляют собой важнейший способ управления метаболическими путями. Основная задача этого механизма — обеспечить быструю регуляцию ключевых ферментов.
Процесс запускается в зависимости от меняющихся условий внешней среды. Главным триггером для таких изменений выступает гормональная регуляция. Гормоны передают сигнал, который внутри клетки трансформируется в команду модифицировать нужные ферменты, тем самым перестраивая весь обмен веществ под текущие нужды организма.
Механизм фосфорилирования
Фосфорилирование — это процесс ковалентного присоединения остатка фосфорной кислоты к молекуле фермента.
- Субстрат модификации: реакция протекает не на любом участке белка, а строго по ОН-группам (гидроксильным группам) определенных аминокислотных остатков, входящих в состав фермента.
- Ферменты-катализаторы: реакцию осуществляют специализированные ферменты, которые называются протеинкиназами.
- Источник фосфата: донором остатка фосфорной кислоты в этой реакции всегда выступает молекула АТФ.
Механизм дефосфорилирования
Дефосфорилирование представляет собой обратный процесс, при котором присоединенная ранее фосфатная группа удаляется, возвращая фермент в его исходное базовое состояние.
- Ферменты-катализаторы: за отщепление фосфата отвечают другие специфические ферменты — фосфопротеинфосфатазы.
- Химическая суть: процесс представляет собой реакцию гидролиза, в ходе которой остаток фосфорной кислоты отщепляется от ОН-группы аминокислотного остатка фермента.
Влияние на структуру и активность ферментов
Как именно присоединение небольшой фосфатной группы меняет работу огромной белковой молекулы? Весь секрет кроется в пространственной структуре.
- Изменение конформации. Присоединение фосфатной группы неминуемо вызывает изменение пространственной конфигурации (конформации) активного центра фермента.
- Изменение сродства. Из-за новой формы активного центра меняется сродство фермента к его субстрату (он начинает связываться с ним легче или, наоборот, хуже).
- Двоякий результат. Важно понимать, что фосфорилирование не равнозначно безусловной активации. Эффект строго индивидуален для каждого фермента:
- Одни ферменты при фосфорилировании активируются.
- Другие ферменты при фосфорилировании ингибируются (их активность падает).
Последующее дефосфорилирование всегда вызывает обратный эффект, полностью возвращая фермент в исходное структурное и функциональное состояние.
ПротеинКИНАЗА — «КИдает» фосфат на фермент (забирая его у АТФ). ФосфопротеинФОСФАТАЗА — отрывает ФОСФАТ (с помощью гидролиза).
Вопросы с занятий и экзамена
Какие ферменты осуществляют фосфорилирование и откуда они берут фосфат?
Фосфорилирование осуществляют ферменты протеинкиназы. В качестве донора остатка фосфорной кислоты они используют молекулу АТФ.
К каким именно участкам фермента присоединяется фосфатная группа?
Фосфатная группа присоединяется к ОН-группам (гидроксильным группам) специфических аминокислотных остатков в структуре фермента.
Всегда ли фосфорилирование приводит к активации фермента?
Нет, эффект может быть двояким. Из-за изменения конформации активного центра одни ферменты активируются, а другие — ингибируются (становятся менее активными).
Что ещё разобрать по теме
- Строение и конформация активного центра фермента
- Сродство фермента к субстрату
- Механизмы гормональной регуляции метаболизма
- Химическое строение и роль молекулы АТФ
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Фосфорилирование и дефосфорилирование ферментов» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Энзимология»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.