फॉस्फोरिलेशन और डीफॉस्फोरिलेशन

फॉस्फोरिलेशन और डीफॉस्फोरिलेशन प्रोटीन पर फॉस्फेट समूहों का प्रतिवर्ती जोड़ना और हटाना है, जो यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पोस्ट-ट्रांसलेशनल नियंत्रण का सबसे व्यापक रूप है। प्रोटीन किनेज एटीपी से फॉस्फेट को विशिष्ट अमीनो एसिड अवशेषों से जोड़ते हैं, और प्रोटीन फॉस्फेटेज इसे हटाते हैं; इन विरोधी गतिविधियों के बीच का संतुलन एक आणविक स्विच के रूप में कार्य करता है जो एंजाइमों और सिग्नलिंग प्रोटीन को चालू या बंद करता है।

Definition

फॉस्फोरिलेशन एक एंजाइम-उत्प्रेरित फॉस्फेट समूह का स्थानांतरण है, आमतौर पर एटीपी से, एक किनेज द्वारा प्रोटीन के सेरीन, थ्रेओनीन, या टायरोसिन अवशेष पर; डीफॉस्फोरिलेशन एक फॉस्फेटेज द्वारा इसे हटाना है, और प्रतिवर्ती चक्र संशोधित प्रोटीन की गतिविधि को नियंत्रित करता है।

Scope

यह प्रविष्टि प्रोटीन फॉस्फोरिलेशन की रसायन विज्ञान, किनेज और फॉस्फेटेज की भूमिकाओं, संशोधित होने वाले अवशेषों और जिस तरह से प्रतिवर्ती फॉस्फोरिलेशन चयापचय और सिग्नल ट्रांसडक्शन में एक स्विच के रूप में कार्य करता है, को कवर करती है। यह एंजाइम विनियमन में एक संदर्भ विषय है और नैदानिक या चिकित्सीय निर्देश प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• फॉस्फेट समूह जोड़ने से एंजाइम की गतिविधि कैसे बदल जाती है?
• किनेज-फॉस्फेटेज संतुलन, बजाय अकेले किसी एक के, नियामक स्थिति क्यों निर्धारित करता है?
• कौन से अमीनो एसिड अवशेष फॉस्फोरिलेटेड होते हैं और यह क्यों मायने रखता है?
• प्रतिवर्ती फॉस्फोरिलेशन एक कोशिका के माध्यम से संकेतों को कैसे फैलाता है?

Key concepts

• प्रोटीन किनेज और एटीपी-निर्भर फॉस्फेट स्थानांतरण
• प्रोटीन फॉस्फेटेज और फॉस्फेट हटाना
• सेरीन, थ्रेओनीन, और टायरोसिन फॉस्फोरिलेशन
• किनेज-फॉस्फेटेज संतुलन
• फॉस्फोरिलेशन कैस्केड और सिग्नल प्रवर्धन
• फॉस्फोपेप्टाइड-बाध्यकारी डोमेन (जैसे, SH2)

Key theories

एक नियामक स्विच के रूप में प्रतिवर्ती फॉस्फोरिलेशन

क्रेब्स और बीवो ने इस बात के प्रमाण को संश्लेषित किया कि विरोधी किनेज और फॉस्फेटेज एंजाइम गतिविधि को नियंत्रित करने वाला एक प्रतिवर्ती स्विच बनाते हैं, जिससे फॉस्फोरिलेशन को एक विशेष मामले के बजाय एक सामान्य नियामक सिद्धांत के रूप में स्थापित किया गया।

Mechanisms

एक प्रोटीन किनेज एटीपी के गामा-फॉस्फेट को सेरीन, थ्रेओनीन, या टायरोसिन अवशेष के हाइड्रॉक्सिल समूह पर स्थानांतरित करने को उत्प्रेरित करता है, जिससे एक बड़ा, नकारात्मक रूप से चार्ज किया गया समूह पेश होता है जो स्थानीय संरचना और इलेक्ट्रोस्टैटिक्स को बदल देता है। यह संरचनात्मक और चार्ज परिवर्तन लक्ष्य एंजाइम को सक्रिय या निष्क्रिय कर सकता है या भागीदार प्रोटीन के लिए एक बाध्यकारी सतह बना या नष्ट कर सकता है; SH2 डोमेन जैसे विशेष मॉड्यूल फॉस्फोरिलेटेड अवशेषों को पहचानते हैं और इस प्रकार सिग्नलिंग कॉम्प्लेक्स को इकट्ठा करते हैं। क्योंकि संशोधन प्रतिवर्ती है, प्रोटीन फॉस्फेटेज फॉस्फेट को हटाते हैं और प्रोटीन को रीसेट करते हैं, इसलिए किसी भी साइट का स्थिर-अवस्था फॉस्फोरिलेशन विरोधी किनेज और फॉस्फेटेज की सापेक्ष गतिविधियों को दर्शाता है। अनुक्रम में व्यवस्थित, किनेज कैस्केड बनाते हैं जो संकेतों को बढ़ाते और एकीकृत करते हैं। मानव जीनोम किनेज के एक बड़े पूरक को एन्कोड करता है, जो इस बात पर जोर देता है कि यह तंत्र सेलुलर विनियमन के लिए कितना केंद्रीय है।

Clinical relevance

अनियमित फॉस्फोरिलेशन कई रोग मार्गों के लिए केंद्रीय है, और प्रोटीन किनेज सबसे अधिक लक्षित दवा लक्ष्यों में से हैं, इसलिए यह विषय चिकित्सा में जैव रसायन के लिए मूलभूत है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए अंतर्निहित तंत्र का वर्णन करती है और नैदानिक या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

प्रतिवर्ती प्रोटीन फॉस्फोरिलेशन की खोज 1950 के दशक में क्रेब्स और फिशर द्वारा ग्लाइकोजन फॉस्फोरिलेज के सक्रियण पर उनके काम के माध्यम से की गई थी, जिसके लिए उन्होंने बाद में नोबेल पुरस्कार साझा किया। क्रेब्स और बीवो की 1979 की समीक्षा ने कई एंजाइमों में सिद्धांत को समेकित किया, और टायरोसिन फॉस्फोरिलेशन की पहचान ने इसे विकास और सिग्नलिंग तक विस्तारित किया। मैनिंग और सहयोगियों द्वारा मानव किनोम का 2002 का कैटलॉगिंग तब मानव प्रोटीन किनेज के पूरे सेट का मानचित्रण किया, जिससे फॉस्फोरिलेशन-आधारित विनियमन के आधुनिक अध्ययन को फ्रेम किया गया।

Key figures

• Edwin Krebs
• Edmond Fischer
• Tony Hunter
• Gerard Manning

Seminal works

• krebs-beavo-1979
• hunter-1995
• manning-2002

Frequently asked questions

फॉस्फोरिलेशन को प्रतिवर्ती संशोधन क्यों कहा जाता है?

क्योंकि एक किनेज फॉस्फेट समूह जोड़ता है और एक फॉस्फेटेज इसे हटा सकता है, वही प्रोटीन फॉस्फोरिलेटेड और डीफॉस्फोरिलेटेड अवस्थाओं के बीच आगे और पीछे स्विच किया जा सकता है।

कौन से अमीनो एसिड सबसे अधिक फॉस्फोरिलेटेड होते हैं?

यूकेरियोटिक प्रोटीन में, सेरीन, थ्रेओनीन, और टायरोसिन अवशेष सामान्य लक्ष्य होते हैं, क्योंकि उनके हाइड्रॉक्सिल समूह स्थानांतरित फॉस्फेट को स्वीकार कर सकते हैं।