זרחן ואיך זה עובד

זרחן הוא התוספת הכימית של קבוצת זרחן (PO₃^-) לאורגני מולקולה. הסרת קבוצת זרחן מכונה דה-פוספורילציה. גם זרחן וגם דה-זרחן מתבצעים על ידי אנזימים (למשל kinases, phosphotransferases). זרחן הוא חשוב בתחומי הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית מכיוון שמדובר בתגובת מפתח בתפקוד חלבון ואנזים, מטבוליזם של סוכר ואגירת ושחרור אנרגיה.

לזרחן יש תפקיד רגולטורי קריטי ב תאים. הפונקציות שלה כוללות:

• חשוב לגליקוליזה
• משמש לאינטראקציה עם חלבון
• משמש בהשפלת חלבון
• מווסת את עיכוב האנזים
• שומר על הומאוסטזיס על ידי ויסות תגובות כימיות הדורשות אנרגיה

סוגים רבים של מולקולות יכולות לעבור זרחן ודה-פוספורילציה. שלושה מהסוגים החשובים ביותר של זרחן הם זרחן גלוקוז, זרחן חלבוני וזרחן חמצוני.

גלוקוזה וסוכרים אחרים לרוב זרחניים כשלב הראשון שלהם קטבוליזם. לדוגמא, השלב הראשון של גליקוליזה של גלוקוז D הוא המרתו ל D-גלוקוז-6-פוספט. גלוקוזה היא מולקולה קטנה המחלחלת בקלות לתאים. זרחן מהווה מולקולה גדולה יותר שלא יכולה להיכנס בקלות לרקמות. אז, זרחן הוא קריטי לוויסות ריכוז הגלוקוז בדם. ריכוז הגלוקוז, בתורו, קשור ישירות להיווצרות הגליקוגן. זרחן גלוקוז קשור גם לצמיחת לב.

פיבוס לוין במכון רוקפלר למחקר רפואי היה הראשון לזהות א חלבון זרחן (פוסוויטין) בשנת 1906, אך לא תואר זרחן אנזימטי של חלבונים עד שנות השלושים.

זרחן חלבון מתרחש כאשר מתווספים לקבוצה הזרחנית חומצת אמינו. בדרך כלל, חומצת האמינו היא סרין, אם כי זרחן מתרחש גם על טרונין וטירוזין באיקריוטים והיסטידין בפרוקריוטות. זוהי תגובה של ייסור כאשר קבוצת פוספט מגיבה עם קבוצת ההידרוקסיל (-OH) של שרשרת צדדית סרין, טרונין או טירוזין. חלבון האנזים קינאז קושר בצורה קוולנטית קבוצת פוספט לחומצה האמינית. המנגנון המדויק שונה מעט בין פרוקריוטות ואוקריוטות. צורות הזרחן הטובות ביותר שנחקרו הן שינויים שלאחר הניתוח (PTM), כלומר החלבונים זרחניים לאחר תרגום מתבנית RNA. התגובה ההפוכה, דה-פוספורילציה, מנותזת על ידי זרחן חלבוני.

דוגמא חשובה לזרחן חלבוני היא זרחן של היסטונים. באיקריוטות, DNA קשור לחלבוני היסטון שנוצרים כרומטין. זרחן זרחני היסטון משנה את מבנה הכרומטין ומשנה את האינטראקציות שלו עם חלבון וחלבון DNA. בדרך כלל זרחן מתרחש כשנפגעים ב- DNA, מה שפותח שטח סביב DNA שבור כך שמנגנוני תיקון יוכלו לבצע את עבודתם.

בנוסף לחשיבותו ב- תיקון DNA, זרחן חלבוני ממלא תפקיד מפתח במטבוליזם ובנתיבי איתות.

זרחן חמצוני הוא האופן שבו תא אוגר ומשחרר אנרגיה כימית. בתא אוקריוטי, התגובות מתרחשות בתוך המיטוכונדריה. זרחן חמצוני מורכב מהתגובות של שרשרת הובלת האלקטרונים ואלה של כימימוזוזה. לסיכום, תגובת הרדוקס מעבירה אלקטרונים מחלבונים ומולקולות אחרות לאורך שרשרת הובלת האלקטרונים בקרום הפנימי של המיטוכונדריה, ומשחררת אנרגיה המשמשת לייצור אדנוזין טרי פוספט (ATP) בכימיומוזוזה.

בתהליך זה, NADH ו- FADH₂ להעביר אלקטרונים לשרשרת הובלת האלקטרונים. אלקטרונים עוברים מאנרגיה גבוהה יותר לאנרגיה נמוכה ככל שהם מתקדמים לאורך השרשרת ומשחררים אנרגיה לאורך הדרך. חלק מאנרגיה זו עוברת לשאיבת יוני מימן (H⁺) כדי ליצור שיפוע אלקטרוכימי. בסוף השרשרת מועברים אלקטרונים לחמצן, הנקשרים עם H⁺ ליצור מים. ח⁺ יונים מספקים את האנרגיה לסינתז ATP לסנתז ATP. כאשר ה- ATP מבוסס על פיוספוזילציה, סדוקה של קבוצת הפוספט משחררת אנרגיה בצורה בה התא יכול להשתמש.

אדנוזין הוא לא הבסיס היחיד שעובר זרחן על מנת ליצור AMP, ADP ו- ATP. לדוגמה, גואנוזין עשוי להיווצר גם GMP, תמ"ג ו- GTP.

האם ניתן לאתר מולקולה זרחנית או לא ניתן לאתר אותה באמצעות נוגדנים, אלקטרופורזה, או ספקטרומטר מסה. עם זאת, זיהוי ואפיון אתרי זרחן הוא קשה. לעתים קרובות משתמשים בתיוג איזוטופי, בשילוב עם פלואורסצנט, אלקטרופורזה ואבחני חיסון.

• קרז'ה, ניקול; סימוני, רוברט ד.; היל, רוברט ל. (2011-01-21). "תהליך הזרחן הפיך: עבודתו של אדמונד ה." פישר ". כתב העת לכימיה ביולוגית. 286 (3).
• שרמה, סאומיה; גוטרי, פטריק ח.; צ'אן, סוזן ש.; Haq, Syed; טייגטמאייר, היינריך (2007-10-01). "נדרש זרחן גלוקוז לצורך איתות mTOR תלוי אינסולין בלב". מחקר לב וכלי דם. 76 (1): 71–80.