Reacción de fosforilación
La fosforilación es el proceso molecular mediante el cual un grupo fosfato es transferido de una molécula donadora a una molécula aceptora, o bien, un grupo fosfato libre es unido a una molécula. La fosforilación suele ser un proceso de regulación molecular. Muchas moléculas, ya sean compuestos orgánicos o proteínas, al añadírsele el fosfato pasan a ser “activas”, ya sea pasando a ser reconocibles por enzimas que las degradarán o que harán uso de ellas de algún modo. En más raras ocasiones la fosforilación lleva a la molécula a una forma inactiva, que cuando se retire el grupo fosfato permitiría la entra en el metabolismo de ese compuesto.
Uno de los ejemplos más claros de esto es la glucosa, que para entrar en el ciclo de la glucolisis debe ser fosforilada, convirtiéndose en glucosa-6-fosfato. En el caso de las proteínas, la fosforilación es una de las modificaciones post-traduccionales o epigenéticas más frecuentes, en muchos casos la activación de una proteína desencadena una respuesta en cascada que amplifica la señal, pudiendo una sola proteína fosforilada activar a varios receptores.
El grupo fosfato está compuesto un atomo de fosforo y 4 oxígenos conjugados, en una disposición tetraédrica respecto al fosforo. Además, 3 de los oxígenos presentan una carga negativa libre, por lo que es un compuesto con alta capacidad de reacción. Por lo tanto un grupo fosfato puede ser relativamente pequeño en comparación con algunas proteínas de gran tamaño, y aún así ser fundamental para que la proteína sea capaz de reconocer a un aceptor.
Los principales donadores de grupos fosfato en las células son las bases nitrogenadas trifosforiladas, ATP y GTP, lee más sobre ellas aquí y sobre cómo se forma esta molécula en varios artículos sobre la ATP sintasa aquí. La síntesis de ATP se conoce como fosforilación a nivel de sustrato y la formación del ATP es fundamental para poder llevar la energía (en forma de enlace fosfato) hasta las proteínas que necesitan energía para funcionar. Estas bases con 3 grupos fosfato son utilizadas por una gran variedad de enzimas para obtener energía en forma de la rotura del enlace del fosfato y transferir el grupo fosfato a otra molécula que aumentara su energía electroquímica.
La fosforilación hace que las proteínas pasen a un estado de energía mayor. La energía contenida en el enlace fosfato será utilizada posteriormente por enzimas que emplearán como sustrato esa molécula y emplearán la energía que se desprende de la rotura del enlace fosfato como energía para realizar los cambios químicos de la molécula sustrato. El enlace fosfato contiene energía que puede ser usada para cambiar la conformación de la molécula, generar enlaces entre moléculas o romper cadenas de carbono. En las proteínas los aminoácidos que se fosforilan más frecuentemente son las tirosinas, serinas o treoninas. En estos aminoácidos el oxigeno de sus cadenas forma un enlace éster con el grupo fosfato.
Los enzimas encargados de mover los grupos fosfato de unas moléculas, ya sean el ATP, el GTP u otra molécula, hasta el aceptor se denominan enzimas quinasas. Este tipo de enzimas son muy variadas tanto por su sustrato como por el aceptor que fosforilarán. Lee más sobre estas enzimas en su propio artículo aquí.