Fosforilación y Cómo Funciona

La fosforilación es la adición química de un grupo fosforilo (PO₃^-) a una molécula orgánica. La eliminación de un grupo fosforilo se denomina desfosforilación. Tanto la fosforilación como la desfosforilación se llevan a cabo mediante enzimas (por ejemplo, quinasas, fosfotransferasas). La fosforilación es importante en los campos de la bioquímica y la biología molecular porque es una reacción clave en la función de proteínas y enzimas, el metabolismo del azúcar y el almacenamiento y liberación de energía.

Propósitos de la Fosforilación

La fosforilación desempeña un papel regulador crítico en las células. Sus funciones incluyen:

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• Importante para la glucólisis
• Utilizado para la interacción proteína-proteína
• Utilizado en la degradación de proteínas
• Regula la inhibición enzimática
• Mantiene la homeostasis al regular las reacciones químicas que requieren energía

Tipos de Fosforilación

Muchos tipos de moléculas pueden experimentar fosforilación y desfosforilación. Tres de los tipos más importantes de fosforilación son la fosforilación de glucosa, la fosforilación de proteínas y la fosforilación oxidativa.

Fosforilación de Glucosa

La glucosa y otros azúcares a menudo se fosforilan como la primera etapa de su catabolismo. Por ejemplo, la primera etapa de la glucólisis de D-glucosa es su conversión en D-glucosa-6-fosfato. La glucosa es una molécula pequeña que penetra fácilmente en las células. La fosforilación forma una molécula más grande que no puede entrar fácilmente en el tejido. Por lo tanto, la fosforilación es crítica para regular la concentración de glucosa en sangre. La concentración de glucosa, a su vez, está directamente relacionada con la formación de glucógeno. La fosforilación de glucosa también está relacionada con el crecimiento cardíaco.

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Fosforilación de Proteínas

Phoebus Levene en el Instituto Rockefeller de Investigación Médica fue el primero en identificar una proteína fosforilada (fosvitina) en 1906, pero la fosforilación enzimática de proteínas no se describió hasta la década de 1930.

La fosforilación de proteínas se produce cuando el grupo fosforilo se añade a un aminoácido. Habitualmente, el aminoácido es serina, aunque la fosforilación también se produce en treonina y tirosina en eucariotas e histidina en procariotas. Esta es una reacción de esterificación en la que un grupo fosfato reacciona con el grupo hidroxilo (-OH) de una cadena lateral de serina, treonina o tirosina. La enzima proteína quinasa une covalentemente un grupo fosfato al aminoácido. El mecanismo preciso difiere algo entre procariotas y eucariotas. Las formas de fosforilación mejor estudiadas son las modificaciones postraduccionales (PTM), lo que significa que las proteínas se fosforilan después de la traducción de un molde de ARN. La reacción inversa, desfosforilación, es catalizada por proteínas fosfatasas.

Un ejemplo importante de fosforilación de proteínas es la fosforilación de histonas. En eucariotas, el ADN se asocia con proteínas histonas para formar cromatina. La fosforilación de histonas modifica la estructura de la cromatina y altera sus interacciones proteína-proteína y ADN-proteína. Por lo general, la fosforilación ocurre cuando el ADN está dañado, abriendo espacio alrededor del ADN roto para que los mecanismos de reparación puedan hacer su trabajo.

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Además de su importancia en la reparación del ADN, la fosforilación de proteínas desempeña un papel clave en el metabolismo y las vías de señalización.

Fosforilación Oxidativa

La fosforilación oxidativa es la forma en que una célula almacena y libera energía química. En una célula eucariota, las reacciones ocurren dentro de las mitocondrias. La fosforilación oxidativa consiste en las reacciones de la cadena de transporte de electrones y las de la quimiosmosis. En resumen, la reacción redox pasa electrones de proteínas y otras moléculas a lo largo de la cadena de transporte de electrones en la membrana interna de las mitocondrias, liberando energía que se usa para producir trifosfato de adenosina (ATP) en la quimiosmosis.

En este proceso, NADH y FADH₂ entrega electrones a la cadena de transporte de electrones. Los electrones se mueven de mayor energía a menor energía a medida que avanzan a lo largo de la cadena, liberando energía en el camino. Parte de esta energía se destina al bombeo de iones de hidrógeno (H⁺) para formar un gradiente electroquímico. Al final de la cadena, los electrones se transfieren al oxígeno, que se une con H⁺ para formar agua. H⁺ los iones suministran la energía para que la ATP sintasa sintetice ATP. Cuando el ATP se desfosforila, la escisión del grupo fosfato libera energía en una forma que la célula puede usar.

La adenosina no es la única base que sufre fosforilación para formar AMP, ADP y ATP. Por ejemplo, la guanosina también puede formar GMP, GDP y GTP.

Detección de Fosforilación

Se puede detectar si una molécula ha sido fosforilada o no usando anticuerpos, electroforesis o espectrometría de masas. Sin embargo, la identificación y caracterización de sitios de fosforilación es difícil. El marcaje isotópico se usa a menudo, junto con fluorescencia, electroforesis e inmunoensayos.

Fuentes

• Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "El proceso de Fosforilación reversible: el trabajo de Edmond H. Fischer". Revista de Química Biológica. 286 (3).
• Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "La Fosforilación de Glucosa Es Necesaria para la Señalización de mTOR Dependiente de Insulina en el Corazón". Investigación Cardiovascular. 76 (1): 71–80.