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7.9: Phosphorylierung
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Phosphorylation
 
PROTOKOLLE

7.9: Phosphorylation

7.9: Phosphorylierung

The addition or removal of phosphate groups from proteins is the most common chemical modification that regulates cellular processes. These modifications can affect the structure, activity, stability, and localization of proteins within cells as well as their interactions with other proteins.

During phosphorylation, protein kinases transfer the terminal phosphate group of ATP to specific amino acid side chains of substrate proteins. Serine, threonine, and tyrosine are the most commonly phosphorylated amino acids. Accordingly, protein kinases are classified as serine/threonine kinases, tyrosine kinases, or dual action kinases if they can phosphorylate all three amino acids. Conversely, protein phosphatases catalyze the removal of the phosphate group (dephosphorylation), restoring the original properties of the protein.

Under physiological conditions, phosphorylation and dephosphorylation are tightly regulated to prevent prolonged changes in protein structure and function. Disruption of this balance can cause diseases, including cancer and various neurodegenerative disorders. For instance, a protein called tau is hyperphosphorylated in Alzheimer’s disease (AD). Physiologically, tau regulates the shape, structure, and development of neurons. The tau protein contains over 80 serine, threonine, and tyrosine residues, of which only a fraction is usually phosphorylated. In the brains of patients with AD, tau is abnormally and excessively phosphorylated. This alters the solubility of the protein, forming toxic insoluble aggregates that lead to neuronal death.

Das Hinzufügen oder Entfernen von Phosphatgruppen an Proteinen ist die häufigste chemische Modifikation, welche zelluläre Prozesse reguliert. Diese Modifikationen können die Struktur, Aktivität, Stabilität und Lokalisierung von Proteinen innerhalb der Zelle sowie deren Wechselwirkungen mit anderen Proteinen beeinflussen.

Bei der Phosphorylierung übertragen Proteinkinasen die terminale Phosphatgruppe von ATP auf spezifische Aminosäureseitenketten von Substratproteinen. Serin, Threonin und Tyrosin sind die am häufigsten phosphorylierten Aminosäuren. Entsprechend werden Proteinkinasen als Serin-/Threonin-Kinasen, Tyrosinkinasen oder Doppelwirkungskinasen klassifiziert, wenn sie alle drei Aminosäuren phosphorylieren können. Umgekehrt katalysieren Proteinphosphatasen die Entfernung der Phosphatgruppe (Dephosphorylierung) und stellen so die ursprünglichen Eigenschaften des Proteins wieder her.

Unter physiologischen Bedingungen werden Phosphorylierung und Dephosphorylierung streng reguliert, um langanhaltende Veränderungen der Proteinstruktur und-funktion zu verhindern. Eine Störung dieses Gleichgewichts kann Krankheiten, einschließlich Krebs und verschiedenen neurodegenerative Störungen, verursachen. Bei einer Alzheimererkrankung wird das Protein namens Tau beispielsweise hyperphosphoryliert. Physiologisch gesehen reguliert Tau die Form, Struktur und Entwicklung von Nervenzellen. Das Tau-Protein enthält über 80 Serin-, Threonin-und Tyrosinreste, von denen normalerweise nur ein Bruchteil phosphoryliert ist. In den Gehirnen von Alzheimer-Patienten wird Tau ungewöhnlich und übermäßig phosphoryliert. Dies verändert die Löslichkeit des Proteins und bildet toxische unlösliche Aggregate, die zum neuronalen Tod führen.


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