الفسفرة Phosphorylation و كيف تعمل

الفسفرة و كيف تعمل

الفسفرة التأكسدية أو الفسفرة Phosphorylation هي عملية كيميائية يتم فيها إضافة مجموعة الفوسفوريل (^–PO₃) إلى الجزيء العضوي. أما عملية إزالة مجموعة الفسفور فإنها  تعرف باسم إزالة الفسـفرة. و تتم عمليتي الفسـفرة وإزالة الفسفور بواسطة الإنزيمات (مثل ، الكينيز، الفوسفوترانسفراز). و تعتبر عملية الفسـفرة مهمة في مجالات الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية لأنها تفاعل رئيسي في وظائف البروتيـن والإنزيم ، وأيض السكر ، وتخزين وإطلاق الطاقة.

أغراض الفسفرة

تلعب الفسـفرة دورا تنظيميا حاسما في الخلايا و تشمل:

• مهمة لتحلل السكر
• تستخدم للتفاعل البروتيـن البروتيـن
• تستخدم في تفكك البروتيـن
• تعمل على تنظيم تثبيط الانزيم
• يحافظ على التوازن عن طريق تنظيم التفاعلات الكيميائية التي تتطلب الطاقة

 

أنواع الفسفرة

يمكن أن تخضع أنواع كثيرة من الجزيئات لعمنليتي الفسـفرة و وإزالة الفسـفرة. و هناك ثلاثة من أهم أنواع الفسـفرة هي فسـفرة الجلوكـوز ، فسـفرة البروتيـن ، الفسـفرة المؤكسدة.

 

فسـفرة الجلوكـوز

غالبا ما يتم فسـفرة الجلوكـوز والسكريات الأخرى كخطوة أولى من عملية أيض السكريات. على سبيل المثال ، تتمثل الخطوة الأولى من تحلل سكر الغلوكوز اليميني إلى تحويله إلى D-glucose-6-phosphate ( جلوكـوز يميني -6- فوسفات). فالجلوكـوز هو جزيء صغير يتخلل الخلايا بسهولة. بينما تعمل الفسـفرة على تكوين جزيء كبير لا يمكنه اختراق الخلايا و الأنسجة بسهولة. لذلك ،تعتبر الفسـفرة أمر بالغ الأهمية لتنظيم تركيز الجلوكـوز في الدم. كما أن تركيز الجلوكـوز  يرتبط مباشرة بتكوين الجليكوجين ، و أيضا ترتبط عملية فسـفرة الجلوكـوز أيضًا بنمو القلب.

 

فسفرة البروتيـن

أول من عرف فسـفرة البروتيـن  (الفسفيتين) هو العالم فيوبوس لبفيني من معهد روكفبلير للبحوث الطبية في عام 1906 ، ولكن لم يتم وصف الفسـفرة الأنزيمية للبروتيـنات حتى الثلاثينيات.

تحدث فسفرة البروتيـن عند إضافة مجموعة الفسفوريل إلى الحمض الأميني ، و عادة ما يكون الحمض الأميني هو السيرين، على الرغم من حدوث الفسـفرة أيضًا على ثريونين وتيروزين . و عملية الفسـفرة هذه عبارة عن تفاعل الأسترة حيث تتفاعل مجموعة الفوسفات مع مجموعة الهيدروكسيل (-OH) في السلسلة جانبية للسيرين أو الثريونين أو التيروزين. و يعمل بروتيـن الإنزيم الكينيز بربط مجموعة الفوسفات بالحمض الأميني تساهميا. و تختلف الآلية الدقيقة إلى حد ما بين بدائيات النوى و حقيقيات النوى. و أفضل أشكال دراسة الفسـفرة هي تعديلات ما بعد الترجمة (PTM) ، مما يعني أن البروتيـنات يتم فسفرتها بعد الترجمة من قالب RNA. و يتم تحفيز التفاعل العكسي أي إزالة الفسفرة ، بواسطة فسفاتاز البروتيـن.

مثال هام على الفسفرة البروتيـنية هو فسفرة هيستونيسات. في حقيقيات النوى ، يرتبط الحمض النووي مع بروتيـنات هيستون لتشكيل كروماتين. و تعمل فسـفرة الهيستون بتغيير هيكل الكروماتين و تغير تفاعلاته بين البروتيـن والبروتيـن والحمض النووي. و عادة ، تحدث الفسفرة عند تلف الحمض النووي ، مما يفتح مساحة حول الحمض النووي المكسور حتى تتمكن آليات الإصلاح من أداء عملها.

بالإضافة إلى أهميتها في إصلاح الحمض النووي ، تلعب فسفرة البروتيـن دورًا رئيسيًا في عملية التمثيل الغذائي ومسارات الإشارات العصبية.

 

الفسفرة التأكسدية

الفسفرة التاكسدية تفسر كيف تقوم الخلية بتخزين وإطلاق الطاقة الكيميائية. ففي الخلية حقيقية النواة ، توجد التفاعلات داخل الميتوكوندريا. و تشمل الفسفرة التأكسدية من تفاعلات سلسلة نقل الإلكترون وتفاعلات التسمم الكيميائي. باختصار ، يمر تفاعل الأكسدة عبر الإلكترونات من البروتيـنات والجزيئات الأخرى على طول سلسلة نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، محررةً الطاقة المستخدمة في صنع ثلاثي فوسفات الأدينوسين (ATP) في التحلل الكيميائي.

و في هذه العملية ، يوصل NADH و FADH2 الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون، و تنتقل الإلكترونات من طاقة أعلى إلى طاقة أقل أثناء تقدمها على طول السلسلة ، فتطلق الطاقة على طول المسار. يذهب جزء من هذه الطاقة إلى ضخ أيونات الهيدروجين (+H) لتشكيل التدرج الكهروكيميائي. في نهاية السلسلة ، يتم نقل الإلكترونات إلى الأكسجين ، الذي يرتبط مع +H لتكوين الماء. توفر أيونات +H الطاقة لمصنعات الـATP لتصنيع الـATP. عندما يتم إزالة الفسفرة من ATP ، فإن تكسير مجموعة الفوسفات يطلق الطاقة في شكل يمكن أن تستخدمه الخلية.

و الأدينوزين ليس هو القاعدة الوحيدة التي تخضع للفسفرة لتشكيل AMP و ADP و ATP. على سبيل المثال ، قد يشكل الجوانوسين أيضًا GMP و GDP و GTP.

 

الكشف عن الفسفرة

يمكن اكتشاف ما إذا كان الجزيء قد فسفر أم لا باستخدام الأجسام المضادة أو الرحلان الكهربائي أو الطيف الكتلي. ومع ذلك ، فإن تحديد وتوصيف مواقع الفسفرة أمر صعب. غالبًا ما يتم استخدام مرمزات العناصر المشعة ، بالتزامن مع الفلورة و الرحلان الكهربائي ، والمقايسات المناعية.

 

 

المصدر :

• الموسوعة العلمية الكيميائية للأستاذ أكرم العلي
• sciencenotes.com

بوسترات (لوحات) كيميائية بدقة عالية (أكثر من 25 لوحة) من تصميم الأستاذ أكرم أمير العلي

للحصول على الجـدول الدوري البسيط يرجى الضغط على الرابط الآتي : لوحة الجـدول الدوري باللغة العربية بدقة عالية1 Arabic periodic table

للحصول على الجـدول الدوري المفصل يرجى الضغط على الرابط الآتي : الجـدول الدوري للعناصر المفصل باللغة العربية Detailed Periodic Table of Elements (Arabic)

تجارب كيميائية سهلة و شيقة و ممتعة (10) Amazing Chemistry Experiments

تطبيقات كيميائية من تصميم الأستاذ أكرم امير العلي متوفر للجوالات التي تعمل بنظام أندرويد android على سوق جوجل بلاي google play و من بينها تطبيق ملصقات الجـدول الدوري باللغة العربية : بطاقات تحتوي على معلومات شاملة و مختصرة في نفس الوقت كل عنصـر على حدة (اللغة العربية).

https://play.google.com/store/apps/details?id=com.akramir