זרחון הוא תהליך בסיסי של ביוכימיה המתרחש לא רק באורגניזם האנושי אלא בכל האורגניזמים החיים עם גרעין ו בקטריה. זהו מרכיב הכרחי בהעברת אותות תאיים ודרך חשובה לשלוט בהתנהגות התא. בעיקר, רכיבים של חלבונים הם זרחניים, אך אחרים מולקולות כמו סוכרים יכולים לשמש גם מצעים. ברמה הכימית של תצפית, זרחון של חלבונים תוצאות א חומצה זרחתית אסתר אגרת חוב.
מהו זרחון?
זרחון הוא תהליך בסיסי של ביוכימיה המתרחש באורגניזם האנושי. זרחון מספק אנרגיה לתא. המונח זרחון מתייחס להעברה של פוספט קבוצות לאורגניות מולקולות - בדרך כלל שאריות חומצות האמינו לפצות חלבונים. לפוספטים מבנה טטראדרי המורכב מאטום מרכזי של זרחן וארבעה קשורים קוולנטיים סביב חמצן אטומים. פוֹספָט לקבוצות יש מטען שלילי כפול. העברתם למולקולה אורגנית מתרחשת באמצעות ספציפי אנזימים, מה שמכונה קינאזות. כאשר הם צורכים אנרגיה, אלה בדרך כלל קושרים את פוספט שאריות לקבוצת הידרוקסי של חלבון, ויוצרים a חומצה זרחתית אסתר. עם זאת, תהליך זה הפיך, כלומר ניתן להפוך אותו, שוב על ידי וודאות אנזימים. כגון אנזימים, שמפצלים את גאופן הפוספט, מכונים בדרך כלל פוספטאזות. שני הקינאזות והפוספטאזות מייצגים כל אחד סוג אנזימים מובהק הניתנים לחלוקה נוספת לקבוצות משנה בהתאם לקריטריונים שונים, כגון אופי המצע או מנגנון ההפעלה.
פונקציה ומשימה
חשיבות מכרעת של פוספטים, במיוחד פוליפוספטים, באורגניזם היא אספקת אנרגיה. הדוגמה הבולטת ביותר היא ATP (אדנוזין טריפוספט), הנחשב למעביר האנרגיה העיקרי בגוף. לכן, אגירת אנרגיה באורגניזם האנושי פירושה בדרך כלל סינתזה של ATP. לשם כך יש להעביר שאריות פוספט למולקולה של ADP (אדנוזין דיפוספט) כך שרשת קבוצות הפוספט המקושרות על ידי קשרי אנהידריד זרחני מורחבת. המולקולה שנוצרה נקראת ATP (אדנוזין טריפוספט). האנרגיה הנאגרת בדרך זו מתקבלת מהמחשוף המחודש של הקשר, ומשאיר אחריו ADP. גם מחשוף של פוספט אחר אפשרי, ויוצר AMP (אדנוזין מונופוספט). כל מחשוף של פוספט מעמיד לרשות התא יותר מ- 30 קג''י לשומה. סוכרים זרחניים גם במהלך חילוף החומרים של הפחמימות האנושיות מטעמי אנרגיה. גליקוליזה מכונה גם "שלב איסוף" ו"שלב רווח "מכיוון שיש קודם כל להשקיע אנרגיה בצורת קבוצות פוספט בחומרי ההתחלה לצורך רווח אחר כך של ATP. בנוסף, גלוקוז, למשל, כגלוקוז -6 פוספט, כבר לא יכול להתפזר ללא הפרעה דרך ה- קרום תא וכך הוא מקובע בתוך התא, שם הוא נחוץ לצעדים מטבוליים חשובים נוספים. בנוסף, זרחונים ותגובות ההיפוך שלהם, יחד עם עיכוב אלוסטרי ותחרותי, מייצגים את המנגנונים המכריעים לוויסות פעילות התאים. בתהליך זה, חלבונים הם בעיקר פוספורילציה או דה-זרחן. ה חומצות אמינו הנפוצים ביותר הם סרין, תראונין וטירוזין, הקיימים בחלבונים, כאשר הסרין מעורב ברוב המכריע של הזרחנים. עבור חלבונים עם פעילות אנזים, שני התהליכים יכולים עוֹפֶרֶת להפעלה או להשבתה, תלוי במבנה המולקולה. לחלופין, (דה) זרחון על ידי העברה או משיכה של מטען שלילי כפול יכול גם כן עוֹפֶרֶת לשינוי קונפורמציה של החלבון כך שאחר מסוים מולקולות יכול להיקשר לתחומי החלבון המושפעים או פשוט לא. דוגמה למנגנון זה היא סוג הקולטנים המצמידים חלבון G. לשני המנגנונים תפקיד בולט בהעברת האות בתוך התא ובוויסות מטבוליזם התא. הם יכולים להשפיע על התנהגותו של תא באופן ישיר באמצעות פעילות האנזים או בעקיפין, באמצעות תעתיק שונה ותרגום של DNA.
מחלות ומחלות
עד כמה שתפקידי הזרחון הם אוניברסליים ויסודיים, ההשלכות כאשר מנגנון תגובה זה נפגע הן רבות. פגם או עיכוב של זרחון, המופעל בדרך כלל על ידי מחסור בקינאזות חלבון או על מום שלהם. עוֹפֶרֶת למחלות מטבוליות, מחלות של מערכת העצבים ושרירים, או נזק לאיברים בודדים, בין היתר. ראשית, תאי עצב ושרירים מושפעים לעיתים קרובות, מה שמתבטא בתסמינים נוירולוגיים ובחולשת שרירים. בקנה מידה קטן, ניתן לפצות על ידי הפרעות מסוימות של קינאזות או פוספטאזות על ידי הגוף, מכיוון שבמקרים מסוימים קיימים מספר מסלולים להעברת אות וכך ניתן לעקוף את "האתר הפגום" בשרשרת האותות. ואז, למשל, חלבון אחר מחליף את החסר. לעומת זאת, ניתן לפצות על יעילות אנזים מופחתת על ידי ייצור פשוט יותר. גם רעלנים פנימיים וחיצוניים וגם מוטציות גנטיות הם גורמים אפשריים למחסור או תקלה של קינאזות ופוספטאזות. אם מוטציה כזו מתרחשת ב- DNA של ה- המיטוכונדריה, יש השפעות שליליות על זרחון חמצוני ובכך סינתזת ATP, המשימה העיקרית של אברונים תאים אלה. מחלה מיטוכונדריאלית אחת כזו היא LHON (נוירופתיה אופטית תורשתית של לבר), בה יש אובדן ראייה מהיר, לפעמים בשילוב עם הפרעות בקצב הלב. מחלה זו עוברת בתורשה מבחינה אימהית, כלומר אך ורק מהאם, מכיוון שרק ה- DNA המיטוכונדריאלי שלה מועבר לילד, ואילו זה של האב אינו.