Protein fosforilasyonu

Protein fosforilasyonu, bir proteine bir fosfat grubu (PO₄) eklenmesidir. Protein fosforilasyonu pek çok hücresel süreçte önemli bir rol oynar.

Tarihçe

1906'da Rockefeller Tıp Araştırma Enstitüsü'nde Phoebus A. Levene, vitellin adlı proteininde fosfat olduğunu buldu ve 1933'te, Fritz Lipmann'la ortak çalışması ile, kazeinde fosfoserin bulunduğunu keşfetti. Ancak, Eugene P. Kennedy tarafından enzimatik protein fosforilasyonunun keşfedilmesine kadar yirmi yıl geçmesi gerekti.

Sinyalizasyon şebekeleri

Sinyalizasyon yolu fosforilasyon olaylarını açığa kavuşturmak zor olabilir. Hücresel sinyal iletiminde, A proteini B proteini fosforile edebilir ve B de C'yi fosforile edebilir. Ama başka bir sinyalizasyon yolunda, protein D, protein A'yı veya protein C'yi fosforile eder. Fosforile olmuş proteinlerin araştırılması olan Fosfoproteomiks, proteomiks'in bir alt sahasıdır. Fosfoproteomiks gibi global yaklaşımlar ve kütle spektrometri yöntemleri kullanılarak fosforile proteinlerdeki zaman bağlı değişiklikler tespit edilip nicellenmektedir. Karmaşık fosforilasyon şebekelerinin anlaşılması için bu teknikler giderek daha fazla önem kazanmaktadır.

Fosforilasyon tipleri

Bir proteinde fosforilasyon birkaç farklı amino asitte meydana gelebilir. Serin fosforilasyonu en sık görülür, bunu treonin fosforilasyonu izler. Tirozin forforilasyonu nispeten daha enderdir. Ancak, tirozin fosforile proteinlerin antikorlarla saflaştırılması göreli daha kolay olduğu için, tirozin fosforilasyon konumları daha iyi bilinmektedir. Histidin ve aspartat fosforilasyonu prokaryotlarda iki bileşen sinyalizasyonunda ve ökaryotlarda bazı sinyal transdüksiyon yollarında görülür.

Tespit ve karakterizasyon

Antikorlar bir proteinin belli bir konumda fosforile olup olmadığını tespit etmek için kullanılan etkili gereçlerdir. Antikorlar proteinin fosforile olmaktan kaynaklanan değişik biçimlerine (konformasyonlarına) bağlanabilirler ve böylece bunların varlığını tespitte kullanılabilirler. Böylesi antikorlar fosfo-spesifik antikor olarak adlandırılır; bu tür yüzlerce antikor mevcuttur. Temel araştırmada ve klinik tanı koyma amaçlı testlerde bunlar vazgeçilmez ayıraçlardır.
 Çevrim sonrası değişim izoformları İki-boyutlu jel elektroforeziyle kolaylıkla tespit edilebilir. Serin, treonin ve tirozin, fosforile olunca nötür hidroksil gruplarının yerini negatif yüklü fosfat grupları alır. Bu fosfat gruplarının pK'ları 1,2 ve 6,5 dolayındadır, dolayısıyla pH 5,5 altında fosfatlar bir negatif yük ekler, ph 6,5 civarında 1,5 negatif yük, pH 7,5 üzerinde 2 negatif yük eklerler. Her bir izoformun göredeli oranı, 2 boyutlu  jeldeki protein beneklerinin göreceli boyanma miktarını ölçerek kolayca belirlenebilir.
Son yıllarda kütle spektrometrisi ile yapılan büyük çaplı analizler ile protein fosforilasyon konumları belirlenmektedir. Bu yöntemle daha evvelden bilinmeyen binlerce fosforilasyon yeri tespit edilmiştir. Kütle spektrometrisi bu tür analizler için idealdir çünkü bir fosfat grubunun eklenmesi proteinin kütlesi artırır. Ancak, bu tür çalışmalar için kütle ölçümlerindeki hata oranının çok düşük olması gerekmektedir, bu yüzden bu teknoloji ancak yüksek kaliteli kütle spektrometresine sahip laboratuvarlarda yapılabilmektedir.
Fosforilasyon konumlarının ayrıntılı bir karakterizasyonu çok zordur ve protein fosforilasyonunun nicelenmesi için dahili izotopik standartlar kullanmak gerekir. Göreceli bir niceleme için çeşitli diferansiyel izotop işaretleme yöntemleri kullanıllabilir.