ما هي الفسفرة

الفسفرة هي إضافة مجموعة الفسفوريل (PO3-) الكيميائية إلى جزيء عضوي ، تسمى تلك العملية بإزالة مجموعة الفسفورييل بنزع الفسفوريل ، ويتم تنفيذ كل من الفسفرة وإزالة الفسفور بواسطة إنزيمات مثل الكيناز ونانبات الفسفوتوسفيرات. وعنصر الفسفور مهم للغاية ، في مجالات الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية ؛ نظرًا لأنه رد فعل رئيس في عمليات البروتين والإنزيم وأيض السكر وتخزين وإطلاق الطاقة.  والفسفرة أو إضافة الفوسفات غير العضوي ، هي عملية مهمة داخل النظام البيولوجي ككل ، وسوف نعرف الفسفرة ، ونسلط الضوء على أنواعها مع شرح خطوات كل منها.

تعريف الفسفرة علميًا

الفسفرة هي عملية كيميائية حيوية تتضمن إضافة الفوسفات إلى مركب عضوي، على سبيل المثال، إضافة الفوسفات إلى الجلوكوز لإنتاج أحادي الفوسفات الجلوكوز، أو إضافة الفوسفات إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) لتكوين أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وتتم هذه العملية بواسطة مجموعة من الإنزيمات المعروفة باسم نانبات الفسفوترانسفيراز أو الكيناز.

أغراض عملية الفسفرة

الفسفرة هي تعديل شائع بعد التحويل في البروتينات، وبسبب سرعتها العالية، يمكن تنشيط البروتين أو تعطيله تقريبا حسب الحاجة، ومثال جيد على هذه العملية هو عملية الأيض، وهي مجموعة من العمليات الكيميائية الحيوية التي تحدث داخل الكائن الحي. يمكن وصف الأيض بأنه يقوم بتحطيم المواد العضوية لإطلاق الطاقة التي تستخدم بعد ذلك في بناء المكونات الخلوية، والبروتينات هي الجزيئات الحيوية التي تسهل بناء الخلايا وتحقيق التوازن وتفكيكها داخل الخلية.

وهناك عدد من التعديلات التي أجريت على البروتينات ، تستهدف العمل إما على تنشيط أو إلغاء تنشيط أو توجيه وظيفة هذا البروتين ، وتلك التعديلات تُعرف بالتعديلات اللاحقة للترجمة (PTMs) ، وأكثرها شيوعًا هي عملية الفسفرة. ولهذا فالفسفرة هي العملية التي يتم من خلالها نقل مجموعة الفوسفات من جزيء واحد إلى بروتين ، عادة داخل نظام بيولوجي.  وتلعب الفسفرة دورًا تنظيميًا حاسمًا في الخلايا ؛ حيث تشمل وظائفها عددًا من المهام مثل :

• مهم لتحلل السكر
• تستخدم لحدوث التفاعل بين البروتينات
• تستخدم لتحطيم البروتين
• تستخدم لتنظيم تثبيط الانزيم
• يحافظ على التوازن عن طريق تنظيم التفاعلات الكيميائية التي تتطلب الطاقة.

أنواع الفسفرة

يمكن للعديد من أنواع الجزيئات أن تتأثر بالفسفور وتفقد فسفرتها، ولذلك هناك ثلاثة أنواع هامة من الفسفرة وهي: فسفرة الجلوكوز، وفسفرة البروتين، والفسفرة المؤكسدة.

فسفرة الجلوكوز

غالبا ما يتم فسفرة الجلوكوز والسكريات الأخرى كخطوة أولى عند هدمهم ، على سبيل المثال  تتمثل الخطوة الأولى من تحلل سكر الجلوكوز أو فسفرته ، في تحويله من D إلى D-glucose-6-phosphate ، والجلوكوز هو جزيء صغير يتخلل الخلايا بسهولة ، ويشكل الفسفور جزيئًا أكبر لا يمكن أن يدخل الأنسجة بسهولة ، لذلك تكون عملية الفسفرة هنا أمر بالغ الأهمية ؛ من أجل تنظيم تركيز الجلوكوز في الدم ، وهذا التركيز للجلوكوز يرتبط مباشرة بدوره بمسألة بتكوين الجليكوجين ، بالإضافة إلى ما سبق، ترتبط فسفرة الجلوكوز أيضًا بنمو القلب.

فسفرة البروتين

Phoebus Levene، فيوبس ليفين، الذي يعمل في معهد روكفلر للأبحاث الطبية، هو الأول الذي اكتشف البروتين الفسفوري المعروف باسم الفسفيتين في عام 1906. ولكن لم يتم وصف الفسفرة الأنزيمية للبروتينات حتى الثلاثينيات من القرن الماضي. وتحدث الفسفرة في البروتين عند إضافة مجموعة الفسفوريل إلى الحمض الأميني، الذي يكون عادة سرينا، على الرغم من حدوث الفسفرة أيضا في ثريونين وتيروزين في النوى، والهيستيدين في البدائيات. ويحدث هذا التفاعل عندما تتفاعل مجموعة الفوسفات مع مجموعة الهيدروكسيل (-OH) في سلسلة جانبية من سلسلة سيرين أو ثريونين أو تيروزين.

ويرتبط بروتين الإنزيم كيناز تساهميًا مع مجموعة الفوسفات بالحمض الأميني ، حيث تختلف الآلية الدقيقة إلى حد ما بين بدائيات النوى والنواة ، مما يعني أن البروتينات يتم فسفتها بعد التعديل من قالب RNA ، حيث يتم التحفيز بصورة عكسية ، وتحدث عملية إزالة الفسفرة ، بواسطة فسفاتاز البروتين.

مثال هام على الفسفرة البروتينية هو فسفرة الهيستون؛ في حقائق النواة، يرتبط الحمض النووي ببروتينات الهيستون لتشكيل الكروماتين، وعند فسفرة الهيستون، يتغير هيكل الكروماتين وتتغير التفاعلات بين البروتين والحمض النووي. عادة ما تحدث الفسفرة هنا عند تلف الحمض النووي، مما يفتح مساحة حول الحمض النووي المكسور لتمكين آليات الإصلاح من أداء عملها. بالإضافة إلى أهميتها في إصلاح الحمض النووي، تلعب فسفرة البروتين دورا رئيسيا في عملية التمثيل الغذائي داخل الجسم ومساراته.

الفسفرة التأكسدية

الفسفرة التأكسدية هي كيف تقوم الخلية بتخزين وإطلاق الطاقة الكيميائية ، ففي الخلية حقيقية النواة ، تحدث ردود الفعل داخل الميتوكوندريا ، حيث يتكون الفسفرة التأكسدية من تفاعلات سلسلة نقل الإلكترون وتفاعلات التسمم الكيميائي ، وباختصار يمر تفاعل الأكسدة عبر الإلكترونات من البروتينات والجزيئات الأخرى على طول سلسلة نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، محررة للطاقة المستخدمة في صنع أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) في التحلل الكيميائي. وفي هذه العملية ، يوصل NADH و FADH2 الإلكترونات إلى سلسلة نقل الإلكترون ، ثم تنتقل الإلكترونات من طاقة أعلى إلى طاقة أقل أثناء تقدمها على طول السلسلة .

وتفرغ الطاقة على طول الطريق، حيث يتم تحويل جزء من هذه الطاقة إلى ضخ أيونات الهيدروجين (H +) لتشكيل التدرج الكهروكيميائي. في نهاية هذه السلسلة، يتم نقل الإلكترونات إلى الأكسجين ويرتبط مع الهيدروجين (H +) لتكوين الماء. توفر أيونات الهيدروجين (H +) الطاقة اللازمة لتحويل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) وتوليفه، لتكوين الأدينوزين عند إزالة فوسفات من ATP، حيث تفرغ مجموعة الفوسفات الطاقة في شكل ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP)، والتي يمكن للخلية استخدامها. يجب أن نلاحظ أن الأدينوزين ليست القاعدة الوحيدة المشاركة في عملية الفسفرة لتشكيل AMP و ADP و ATP على حد سواء.

الكشف عن الفسفرة

يمكن اكتشاف ما إذا كان الجزيء قد تفكك أم لا باستخدام الأجسام المضادة، أو الكهربائية، أو الطيف الكتلي.

يمكن استخدام الأجسام المضادة الفوسفورية لتحديد حالة الفسفرة لبروتين معين، وعند البحث عن لطخة باستخدام الأجسام المضادة الفوسفاتية، يجب تجنب استخدام الحليب كعامل مانع. فالحليب يحتوي على بروتينات فوسفورية قد تتفاعل مع الأجسام المضادة.

أيضًا إذا كان لديك الكثير من العينات لتحليلها ، وترغب في إجراء اختبار كمي ، يمكنك إجراء اختبار ELISA باستخدام الأجسام المضادة الفوسفورية الخاصة بعينتك ، حيث يمكن أن تكون هذه القياسات محددة للغاية ، حيث يتعرف الجسم المضاد على البروتين بشكل مستقل بعيدًا عن حالة الفسفرة ، بينما يستخدم الجسم المضاد للكشف بروتين الفسفرة.

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام تدفق الخلايا أو الكيمياء المناعية لفحص حالة الفسفرة على أساس كل خلية على حدة، أو الكشف عن البروتينات الفوسفورية في الموقع الخلوي.