La fosforilación del sustrato de las moléculas es omnipresente en las células y se utiliza para suministrar energía a las células. Otros tipos de fosforilación activan proteínas implicadas en la señalización celular, el paso de señales de comando y control desde otras células y órganos.
La fosforilación del sustrato almacena energía para la célula
El ATP (trifosfato de adenosina) es la moneda energética de la célula, utilizada por las células para almacenar la energía que resulta de la descomposición de los azúcares por la glucólisis y el ciclo de Kreb. El ATP se crea utilizando energía liberada durante el metabolismo de la glucosa. Esta energía pasa a un fosfato altamente energético, que luego se agrega a ADP (adenosin difosfato) para formar ATP. La reacción inversa, en la que se hidroliza el ATP (se elimina un fosfato para formar ADP), potencia la mayoría de los procesos celulares, incluida la síntesis de ribosomas, aminoácidos, proteínas, ADN, ARN e incluso glucosa (a través de la gluconeogénesis en células de riñón y hígado). El ATP también proporciona energía para muchos otros procesos celulares como transferir proteínas a lugares específicos de actividad en la célula y carboxilación ATP-dependiente para crear otra molécula de almacenamiento de energía, ácidos grasos (cada carbono adicional agregado a un ácido graso agrega energía química adicional que es almacenado en esa molécula).
Otros tipos de fosforilación: facilitación de la comunicación celular
Otro tipo de fosforilación transfiere fósforo altamente energético a las proteínas. Esto facilita el paso de instrucciones de comando y control para modular amplios conjuntos de funciones celulares tales como división celular, crecimiento celular, apoptosis (muerte celular programada), creación de nuevos vasos sanguíneos para prevenir la hipoxia (baja concentración de oxígeno) y muchos otros. Estas funciones celulares se controlan en el cuerpo humano a través de una sofisticada red de señales que pasan de una molécula a otra como un bastón en una carrera de relevos. La fosforilación de proteínas es un método común de pasar estas señales de una molécula mensajera a la siguiente molécula en la cadena de comunicación, o vía de señalización. La fosforilación activa algunas proteínas de señalización, diciéndoles que es hora de pasar un mensaje específico a una molécula receptora específica. El mensaje se pasa modificando químicamente la siguiente molécula en la ruta, y puede incluir la transferencia de un fosfato u otros cambios químicos que activan la molécula. Cuando una vía de señalización ha sido comunicada a su punto final, tiene el efecto de modular un proceso intracelular o extracelular específico tal como aumentar o disminuir el metabolismo, el crecimiento celular y la expresión génica.
La señalización molecular a menudo se origina después de que los receptores en la superficie celular se unen a un antígeno, un mensajero químico muy específico que solo interactúa con un tipo de receptor, por ejemplo, una hormona o un neurotransmisor. La unión de un antígeno por el receptor es un mecanismo por el cual la célula detecta su entorno, incluidos los mensajes que provienen de otras células o incluso de órganos distantes, como las glándulas. Los antígenos se unen solo a un tipo de receptor; esta especificidad absoluta es necesaria para asegurarse de que el mensaje se entienda correctamente, y que ningún otro mensajero químico pueda enlazarse incorrectamente, enviando un mensaje erróneo.
Cuando una molécula de antígeno se une a sus receptores, el mensaje químico debe transmitirse a través de la membrana celular y luego a una serie de moléculas que finalmente envían el mensaje al sitio de acción, al igual que una llamada telefónica, que se enruta desde una Circule a otro hasta que el mensaje llegue a donde está destinado. La fosforilación es una de las formas en que se activan las moléculas de señalización para que se comuniquen con la siguiente proteína en la ruta.
La fosforilación se produce en muchos otros lugares en las células vivas que no están cubiertos aquí, como la fosforilación de las histonas alrededor de las cuales se enrolla el ADN en el núcleo, lo que potencialmente afecta el nivel de expresión génica; y proteínas en el fluido extracelular. La fosforilación también ayuda a regular los procesos en las mitocondrias, donde se produce gran parte del combustible ATP de la célula.
Los tumores juegan el sistema
Curiosamente, varias vías de señalización son comúnmente cooptadas por las células cancerosas para garantizar la supervivencia. Los tumores activan el sistema al encender permanentemente los interruptores que le dicen a las células que crezcan, produzcan más vasos sanguíneos o se dividan; y apagar las señales de otro modo arrojaría a la célula a apoptosis (cuando se detectan mutaciones en el ADN. De esta forma, es más probable que el tumor sobreviva y se multiplique. Algunas vías de señalización se activan o desactivan permanentemente por las células cancerosas para que podría tener una ventaja de supervivencia sobre las células normales, tal vez la supresión de estas mutaciones sería una buena estrategia para los medicamentos contra el cáncer. De hecho, los fármacos que se dirigen a los inhibidores de la tirosina quinasa, una gran clase de enzimas, cada uno de los cuales fosforila una proteína específica, de los más estudiados para uso farmacéutico y el tema de más ensayos clínicos que la mayoría de los otros posibles objetivos farmacológicos.