Fosforilasi adalah penambahan kimia dari gugus fosforil (PO3-) ke organik molekul. Penghapusan gugus fosforil disebut defosforilasi. Baik fosforilasi dan defosforilasi dilakukan oleh enzim (mis., kinase, phosphotransferases). Fosforilasi penting dalam bidang biokimia dan biologi molekuler karena merupakan reaksi kunci dalam fungsi protein dan enzim, metabolisme gula, serta penyimpanan dan pelepasan energi.
Tujuan Fosforilasi
Fosforilasi memainkan peran penting dalam regulasi sel. Fungsinya meliputi:
- Penting untuk glikolisis
- Digunakan untuk interaksi protein-protein
- Digunakan dalam degradasi protein
- Mengatur penghambatan enzim
- Mempertahankan homeostasis dengan mengatur reaksi kimia yang membutuhkan energi
Jenis Fosforilasi
Banyak jenis molekul dapat mengalami fosforilasi dan defosforilasi. Tiga jenis fosforilasi terpenting adalah fosforilasi glukosa, fosforilasi protein, dan fosforilasi oksidatif.
Fosforilasi Glukosa
Glukosa dan gula lainnya sering difosforilasi sebagai langkah pertama katabolisme
. Sebagai contoh, langkah pertama glikolisis D-glukosa adalah konversi menjadi D-glukosa-6-fosfat. Glukosa adalah molekul kecil yang siap meresap sel. Fosforilasi membentuk molekul yang lebih besar yang tidak dapat dengan mudah memasuki jaringan. Jadi, fosforilasi sangat penting untuk mengatur konsentrasi glukosa darah. Konsentrasi glukosa, pada gilirannya, berhubungan langsung dengan pembentukan glikogen. Fosforilasi glukosa juga terkait dengan pertumbuhan jantung.Fosforilasi Protein
Phoebus Levene di Institut Penelitian Medis Rockefeller adalah yang pertama mengidentifikasi protein terfosforilasi (phosvitin) pada tahun 1906, tetapi fosforilasi protein secara enzimatik tidak dijelaskan sampai tahun 1930-an.
Fosforilasi protein terjadi ketika kelompok fosforil ditambahkan asam amino. Biasanya, asam amino adalah serin, meskipun fosforilasi juga terjadi pada treonin dan tirosin pada eukariota dan histidin pada prokariota. Ini adalah reaksi esterifikasi di mana gugus fosfat bereaksi dengan gugus hidroksil (-OH) dari rantai samping serin, treonin, atau tirosin. Protein enzim kinase secara kovalen mengikat gugus fosfat dengan asam amino. Mekanisme tepatnya agak berbeda di antara keduanya prokariota dan eukariota. Bentuk fosforilasi yang paling baik dipelajari adalah modifikasi posttranslational (PTM), yang berarti protein difosforilasi setelah terjemahan dari templat RNA. Reaksi sebaliknya, defosforilasi, dikatalisis oleh protein fosfatase.
Contoh penting dari fosforilasi protein adalah fosforilasi histones. Pada eukariota, DNA dikaitkan dengan protein histon untuk terbentuk kromatin. Histone fosforilasi memodifikasi struktur kromatin dan mengubah protein-protein dan interaksi DNA-protein. Biasanya, fosforilasi terjadi ketika DNA rusak, membuka ruang di sekitar DNA yang rusak sehingga mekanisme perbaikan dapat melakukan pekerjaan mereka.
Selain itu penting dalam Perbaikan DNA, fosforilasi protein memainkan peran penting dalam metabolisme dan jalur pensinyalan.
Fosforilasi oksidatif
Fosforilasi oksidatif adalah cara sel menyimpan dan melepaskan energi kimia. Dalam sel eukariotik, reaksi terjadi dalam mitokondria. Fosforilasi oksidatif terdiri dari reaksi rantai transpor elektron dan orang-orang chemiosmosis. Singkatnya, reaksi redoks melewatkan elektron dari protein dan molekul lain di sepanjang rantai transpor elektron di membran dalam mitokondria, melepaskan energi yang digunakan untuk membuat adenosin trifosfat (ATP) dalam chemiosmosis.
Dalam proses ini, NADH dan FADH2 mengirimkan elektron ke rantai transpor elektron. Elektron bergerak dari energi yang lebih tinggi ke energi yang lebih rendah ketika mereka berkembang di sepanjang rantai, melepaskan energi di sepanjang jalan. Sebagian dari energi ini digunakan untuk memompa ion hidrogen (H+) untuk membentuk gradien elektrokimia. Pada akhir rantai, elektron ditransfer ke oksigen, yang berikatan dengan H+ untuk membentuk air. H+ ion memasok energi untuk ATP synthase untuk mensintesis ATP. Ketika ATP mengalami defosforilasi, membelah kelompok fosfat melepaskan energi dalam bentuk yang dapat digunakan sel.
Adenosine bukan satu-satunya basa yang mengalami fosforilasi untuk membentuk AMP, ADP, dan ATP. Misalnya, guanosin juga dapat membentuk GMP, PDB, dan GTP.
Mendeteksi Fosforilasi
Apakah molekul telah difosforilasi atau tidak dapat dideteksi menggunakan antibodi, elektroforesis, atau spektrometri massa. Namun, mengidentifikasi dan mengkarakterisasi situs fosforilasi sulit. Pelabelan isotop sering digunakan, bersamaan dengan fluoresensi, elektroforesis, dan immunoassay.
Sumber
- Kresge, Nicole; Simoni, Robert D.; Hill, Robert L. (2011-01-21). "Proses Fosforilasi Reversibel: Karya Edmond H. Fischer ". Jurnal Kimia Biologis. 286 (3).
- Sharma, Saumya; Guthrie, Patrick H.; Chan, Suzanne S.; Haq, Syed; Taegtmeyer, Heinrich (2007-10-01). "Fosforilasi Glukosa Diperlukan untuk Pensinyalan mTOR Insulin-Dependent in the Heart". Penelitian Kardiovaskular. 76 (1): 71–80.