Fosforilação

Definição

Fosforilação é um processo bioquímico que envolve a adição de fosfato a um composto orgânico.

Exemplos incluem a adição de fosfato à glicose para produzir monofosfato de glicose e a adição de fosfato ao adenosina difosfato (ADP) para formar adenosina trifosfato (ATP).

A fosforilação é realizada através da ação de enzimas conhecidas como fosfotransferases ou cinases.

A fosforilação é um processo fundamental na regulação da atividade proteica e há muito tempo é apreciada como um mecanismo essencial para o controle da função celular.

O que é fosforilação?

A fosforilação é um processo químico no qual um grupo fosfato (PO₄^3-) é adicionado a um composto.

Normalmente se aplica à química orgânica e é crucial para todos os organismos vivos.

O processo está envolvido na síntese de proteínas e na produção de trifosfato de adenosina (ATP) – uma molécula que armazena e fornece energia.

Também desempenha um papel crucial em vários mecanismos químicos de regulação e sinalização dentro da célula, modificando a estrutura de várias proteínas e alterando suas atividades.

Normalmente, é necessária energia para as reações bioquímicas que envolvem a adição de um grupo fosfato a uma molécula.

Muitas vezes, essa energia vem das moléculas de ATP. O ATP contém três grupos fosfato, um dos quais é facilmente removido. A remoção desse grupo libera energia considerável, que pode ser usada para permitir uma reação de fosforilação na qual o grupo fosfato é adicionado a outra molécula – por exemplo, glicose.

Assim, os grupos fosfato podem ser facilmente transferidos do ATP para outras moléculas.

Essas reações, no entanto, exigem que o ATP e a molécula receptora sejam reunidos para que a transferência possa ocorrer. Isto é conseguido por enzimas conhecidas como cinases. São proteínas grandes e complexas, que podem conter várias centenas de aminoácidos.

A forma da enzima é crucial: a estrutura de uma enzima quinase é tal que tanto o ATP quanto a molécula receptora podem ser acomodados nas proximidades para permitir que a reação prossiga.

Um exemplo é a glicerol quinase, que facilita a transferência de um grupo fosfato de ATP para glicerol; isso faz parte do processo que produz fosfolipídios, que são usados nas membranas celulares.

O próprio ATP é produzido por um conhecido processo de fosforilação chamado fosforilação oxidativa, no qual um grupo fosfato é adicionado ao adenosina difosfato (ADP) para produzir ATP.

A energia para esse processo vem basicamente dos alimentos que ingerimos, mas mais especificamente da oxidação da glicose. É um processo muito complexo, com muitas etapas, mas em termos simples, a energia da glicose é usada para formar dois compostos, conhecidos como NADH e FADH2, que fornecem a energia para o restante da reação. Os compostos são agentes redutores que se separam facilmente dos elétrons, para que possam ser oxidados. Os grupos fosfato são adicionados às moléculas de ATP usando a energia liberada pela oxidação de NADH e FADH2; essa reação é facilitada pela enzima ATP sintetase.

Muitas cinases diferentes são encontradas em plantas e animais. Devido à sua importância em tantos processos celulares, um ensaio de fosforilação tornou-se um procedimento laboratorial comum. Isso envolve testar amostras de material celular para verificar se a fosforilação de proteínas ocorreu e, em alguns casos, medir sua extensão. Existem vários métodos diferentes usados para verificar a fosforilação, incluindo a marcação de grupos fosfato com radioisótopos, o uso de anticorpos específicos para a proteína fosforilada e a espectrometria de massa.

A partir de 2011, quinases extras reguladas por sinal (ERKs) – enzimas envolvidas em atividades de sinalização dentro da célula – são uma área de particular interesse.

A fosforilação da ERK desempenha um papel na regulação de várias funções celulares, incluindo mitose e outros processos relacionados à divisão celular. Esse processo é relevante para algumas áreas da pesquisa do câncer, pois pode ser ativado por substâncias cancerígenas e por infecções por vírus, levando à divisão celular descontrolada e outros efeitos relacionados ao câncer.

Pesquisas sobre possíveis tratamentos contra o câncer que envolvem a inibição desse processo estão em andamento. Um ensaio de fosforilação pode ser usado para testar diferentes substâncias quanto à sua eficácia nesse papel.

Tipos de fosforilação

Existem muitos tipos de fosforilação:

Alguns envolvem a transferência de fosfato para proteína.
Outros consistem na produção de trifosfato de adenosina (ATP) por fosforilação do difosfato de adenosina (ADP).
Um terceiro tipo de fosforilação ajuda a manter o equilíbrio de açúcar no sangue dentro do corpo e a promover processos metabólicos. Embora existam muitos outros tipos, abordaremos esses três com mais detalhes.

O que é fosforilação oxidativa?

A fosforilação oxidativa é o conjunto de reações químicas usadas para produzir trifosfato de adenosina (ATP). Uma parte importante da respiração aeróbica, é talvez a operação metabólica mais fundamental da Terra.

Diferentes tipos de organismos têm muitas maneiras diferentes de organizar a fosforilação oxidativa, mas o resultado final é sempre o mesmo: a energia do próximo ao último passo da série é usada para ligar um átomo de fósforo ao adenosina difosfato (ADP), transformando-o em ATP.

A energia potencial adicionada à molécula nessa reação é precisamente o que faz do ATP uma fonte de energia universalmente útil dentro da célula.

A preparação para a etapa final da fosforilação oxidativa envolve uma série de reações de redução-oxidação ou redox. Essas reações transferem elétrons de uma molécula para outra, alterando a carga de ambas.

Esse conjunto de operações é chamado de cadeia de transporte de elétrons, porque permite que a célula mova energia, na forma de elétrons, do armazenamento para um local onde possa ser facilmente usada.

O dinucleotídeo de nicotinamida e adenina (NAD⁺) é um passo comum próximo ao final deste processo. O ‘+’ representa uma carga positiva que permite aceitar facilmente elétrons e se tornar uma forma reduzida chamada NADH.

A energia dos elétrons no NADH é usada para alimentar um processo chamado quimiosmose.

A quimiosmose concentra a energia dos elétrons em energia potencial movendo íons hidrogênio – prótons – através de uma membrana.

Esse movimento cria um gradiente de energia através da membrana em virtude da carga positiva acumulada de um lado. Esse gradiente de energia é chamado de força motora-próton. Neste ponto, a etapa final e mais universal da fosforilação oxidativa pode ocorrer.

ATP sintase é a enzima responsável por converter ADP em ATP. Parte da proteína é incorporada na membrana através da qual os prótons foram acionados.

A ATP sintase fornece uma rota através da qual os prótons podem entrar novamente na célula, mas aproveita a energia gerada quando o faz.

Essa operação se assemelha à maneira como os moinhos de vento aproveitam as diferenças de pressão e as rodas d’água usam mudanças na energia potencial resultante da gravidade.

O movimento de um próton de volta através da membrana é usado para alimentar uma mudança na forma da enzima. Se uma molécula de ADP já está ligada à ATP sintase quando esse evento ocorre, a alteração impõe um átomo de fósforo adicional sobre ela. A molécula de ATP recém-produzida pode deixar a enzima e fica livre para fornecer energia em outros lugares da célula.

Fosforilação oxidativa é o conjunto de reações químicas usadas para produzir ATP
Trifosfato de adenosina (ATP)

Fonte: socratic.org/www.ncbi.nlm.nih.gov/www.khanacademy.org/www.cancer.gov/www.wisegeek.org/www.thermofisher.com/www.sciencedirect.com/www.albert.io/www.chemistry.wustl.edu