ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ • Med-of-Rita

ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ — процесс включения остатка минеральной фосфорной кислоты в молекулы различных химических соединений. В клетках животных, растений и микроорганизмов Ф. играет важнейшую роль в обмене веществ и энергии (см.).

Реакции Ф., сопровождающиеся образованием АТФ при гликолизе (см.) и в цикле трикарбоновых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл), называют субстратным Ф. в отличие от окислительного Ф., протекающего в дыхательной цепи (см. Окисление биологическое), или фотофосфорилирования при фотосинтезе (см.).

Реакции Ф. связаны с самыми разнообразными функциями клетки: механической, осмотической и транспортной, а также действием гормонов (см.), обезвреживанием токсических продуктов обмена веществ и выведением из организма конечных метаболитов, световой адаптацией зрительной клетки (см. Зрительные пигменты) и др. Особое значение реакции Ф. имеют для синтеза нуклеиновых кислот (см.) и белков (см.). С фосфорилированием связано действие ДНК- и РНК-полимераз (см. Полимеразы).

Известно более 25 ферментов и большое число неферментных белков, функциональная активность к-рых регулируется путем Ф. п де-фосфорилирования. Нервная и гормональная регуляция активности ферментов (см.), связанная с фосфорилированием — дефосфорилированием, играет существенную роль при мышечном сокращении (см.), секреции (см.), трансмембранном переносе веществ (См. Мембраны биологические), транспорте ионов (см.), росте и дифференцировке тканей, синтезе и расщеплении белков, углеводов и жиров.

Ф. и дефосфорилирование регулируют активность биомолекул, делая возможным их включение в метаболические циклы или выводя их из активного обмена веществ.

В реакциях Ф. участвуют ферменты, катализирующие перенос различных групп на свободный неорганический фосфат. Это трансферазы (см.) и ферменты, катализирующие перенос фосфатного остатка на низкомолекулярные соединения и белки, — фосфотрансферазы (см.). Минеральный фосфат превращается в биологически активные соединения под действием фосфорилаз. Продукты фосфоролиза (см.) и пирофосфоролиза используются для синтеза богатых энергией соединений (см. Вы-сокоэргические соединения) и на различных этапах синтеза полисахаридов (см.), фосфолипидов (см. Фосфатиды), нуклеозидов, нуклеотидов и других веществ. Реакции, протекающие по типу фосфоролиза и пирофосфоролиза, обратимы. Фосфотрансферазные реакции, в к-рых донором фосфатного остатка служат АТФ или другие нуклеозидтрифосфаты, протекающие с затратой энергии, практически необратимы. Акцепторами фосфатного остатка АТФ являются соединения, содержащие спиртовую группу (сахара, их производные, глицерин, холин, нек-рые витамины), карбоксильную группу (ацетат, аспартат и др.) или аминогруппу (креатин, аргинин и др.). АТФ участвует в Ф. нуклеозидмоно- и нуклеозиддифосфатов, а также в реакциях переноса пирофосфата и фосфата, в процессах синтеза коферментов (см.).

Синтез белка начинается с Ф., обеспечивающего активацию аминокислот при образовании аминоациладе-нилатов (см. Белки, биосинтез белка). На следующих этапах синтеза белка Ф. с участием гуанозинтрифосфата (ГТФ) происходит в процессе присоединения аминоацил-тРНК к рибосомному комплексу и при перемещении пептидил-тРНК из аминоацильного в пептидильный участок рибосомы (см.).

Электронно-транспортная система дыхательной цепи и ферменты, участвующие в окислительном Ф., локализуются на внутренней мембране митохондрий (см.) и функционально связаны между собой. Определенные пункты дыхательной цепи сопряжены с синтезом АТФ из АДФ и неорганического фосфата, катализируемого сложным ферментным комплексом — АТФ-синтетазой. В обратной реакции этот же фермент катализирует гидролиз АТФ. Фосфорилирование, связанное с аэробным и анаэробным синтезом АТФ, зависит от величины соотношения АТФ/АДФ в клетке. При высокой величине этого отношения наблюдается торможение синтеза АТФ.

Происходящая при Ф. активация триглицеридлипазы (КФ 3.1.1.3) и инактивация глицерофосфоацил-трансферазы (КФ 2.3.1.15) координирует распад и синтез жиров (см. Жировой обмен) в жировой ткани в ответ на поступление адреналина (см.). Активация холестеринэстеразы (холестеролэстеразы; КФ 3.1.1.13) фосфорилированием вызывает увеличение количества холестерина (см.), используемого для стероидогенеза (см. Кортикостероиды) в коре надпочечников. Стимуляция глюконеогенеза в печени глюкагоном (см.) осуществляется посредством инактивации 6-фосфофрукто-2-киназы и пируваткиназы (КФ 2.7.1.40) и активации фруктозо-1,6-дифосфатазы (КФ 4.1.2. 13) в результате фосфорилирования этих ферментов (см. Углеводный обмен). Фосфорилирование фенилаланингидроксилазы (КФ 1.14.16.1) печени активирует расщепление аминокислот, увеличивая тем самым образование глюконеогенных предшественников и участников цикла трикарбоновых к-т. При Ф. тирозин-гидроксилазы (КФ 1.14.16.2) надпочечников и мозга активность этого фермента повышается и скорость синтеза гормонов, адреналина, норадреналина (см.) и дофамина (см. Катехоламины) возрастает в ответ на стимуляцию нервов. Фосфорилирование киназы легких цепей миозина (см. Мышечная ткань) инактивирует фермент, блокируя сборку миозина в филаменты и проявление АТФ-азной активности актомиозина. Благодаря этому механизму опосредуется вызываемое адреналином расслабление гладких мышц.

Регуляция многих процессов в организме осуществляется путем Ф. и дефосфорилирования белков под действием протеинкиназ (см. Киназы) и протеинфосфатаз (см. Фосфатазы). В результате Ф. молекулы ацетил-КоА — карбоксилазы (КФ 6.4.1.2) в нескольких участках, катализируемого разными протеинкиназами, активность фермента снижается и таким образом осуществляется контроль синтеза жирных кислот (см.) в жировой ткани — адреналином и в печени — глюкагоном.

Под действием протеинкиназ происходит также Ф. рибосомных белков и мембранных белков субклеточных органелл, напр, митохондрий (см.), что позволяет осуществлять регуляцию метаболического процесса по сигналу, полученному при связывании регуляторного агента с мембранными рецепторами. В ядре происходит Ф. белков, однако его функциональная роль установлена лишь в нек-рых случаях. Так, Ф. гистона Н1 (см. Гистоны) является сигналом для начала митоза (см.), а фосфорилирование РНК-полимеразы I ведет к активации этого фермента.

Среди большого числа протеинкиназ интерес вызывает так наз. тирозиновая протеинкиназа, выделенная из вируса саркомы Рауса, отличающегося высокой онкогенностью. Она усиленно фосфорилирует многие клеточные белки, в т. ч. белки, ответственные за строение и рост клеток. Бесконтрольное Ф. белков приводит к нарушению их функций. Исследование Ф. белков при опухолевом росте связано с проблемой химиотерапии рака.

Генетически обусловленное выпадение нек-рых процессов Ф. является причиной тяжелых наследственных заболеваний. При мышечной дистрофии нарушаются Ф. креатина (см.). Накопление аномальных количеств гликогена (см.) в мышцах и печени связано с наследственными заболеваниями, при к-рых снижена или вообще отсутствует активность фосфорилаз (см.) в печени и мышцах (см. Гликогенозы). Нарушение обмена гликогена в печени может быть связано с недостаточностью глюкозо-6-фосфатазы (КФ 3.1.3.9). При галактоземии (см.) в печени накапливается продукт Ф. галактозы (см. Галактоза) — галактозо-1-фосфат, оказывающий ингибирующее действие на другие ферменты гликолиза (см.). Врожденная гемолитическая анемия связана с недостаточностью ферментов Ф. — гексокиназы (КФ 2.7.1.1) и пируваткиназы (см. Энзимопеническая анемия). Процессы Ф. нарушены также при гепатите (см.), гормональных расстройствах и других болезнях.

Библиогр.: Ленинджер А. Биохимия, пер. с англ., с. 391 и др., М., 1974;

Мосс Д. У. и Баттерворт П. Дж. Энзимология и медицина, пер. с англ., М., 1978;

Скулачев В. П. и Козлов И. А. Протонные аденозинтрифосфатазы, М., 1977; Уайт А. и др. Основы биохимии, пер. с англ., М., 1981; Krebs E. G. a. Beavo J. A. Phosphorylation — dephosphorylation of enzymes, Ann. Rev. Biochem., v. 48, p. 923, 1979; Recently discovered systems of enzyme regulation by reversible phosphorylation, ed. by P. Cohen, Amsterdam— N. Y., 1980.

П. Л. Вульфсон.