הצגת המקור של הדף "זרחון"

[[קובץ:Phosphorylated serine.png|שמאל|ממוזער|150px|שייר [[סרין]] מזורחן]]
'''זִרְחוּן'''{{הערה|{{מילון אקדמיה|318|95625_1|זִרְחוּן}}}} (או '''פוספורילציה''') הוא הוספת קבוצת '''[[זרחה]]''' (<math>\ PO_4^{-3} </math>, [[יון]] המכיל [[אטום]] [[זרחן]] אחד וארבעה אטומי [[חמצן]]) ל[[מולקולה]] נתונה. [[אנזים|אנזימי]] [[קינאז]] מוסיפים קבוצות זרחה ואנזימי [[פוספטאז]] מסירים אותן. סימון מולקולות באמצעות זרחון משמש לבקרה על מגוון עצום של תהליכים ב[[תא]]ים חיים. בהתאם לחשיבות ה[[ביולוגיה|ביולוגית]] של תהליכי זרחון, הם מהווים כר פורה למחקר מדעי. נכון לחודש [[יולי]] [[2018]] מנה [[מסד נתונים|מסד הנתונים]] [[PubMed]] כשלוש מאות אלף מאמרים המזכירים את המונח זרחון, רובם בהקשר לזרחון [[חלבון|חלבונים]].

==זרחון חלבונים==
===תפקיד===
זרחון הוא ככל הנראה אמצעי הבקרה המרכזי ב[[אורגניזם|יצור]]ים [[איקריוטיים]]. [[אנזים|אנזימים]] ו[[קולטן|קולטנים]] רבים מופעלים או מושבתים על ידי הוספה או הסרה של קבוצת זרחה. אנזימים המתמחים בהוספת קבוצת זרחה למולקולות יעד מוגדרות נקראים אנזימי '''[[קינאז]]''' ואילו אנזימים המתמחים בהסרתן נקראים אנזימי '''פוספטאז'''.

במבט ראשון, דומה כי הוספת יון זרחה בודד ל[[חלבון]] המונה מאות [[חומצת אמינו|חומצות אמינו]] אינה אמורה להשפיע באופן משמעותי על תפקודו. הזרחון אמנם לא משנה את ה[[חלבון#מבנה החלבון|מבנה הראשוני]] של החלבון, אך עשויה להיות לו השפעה ניכרת על אופן [[קיפול חלבונים|קיפולו]] המרחבי ובעיקר על ה[[מבנה שלישוני|מבנה השלישוני]] של החלבון. ה[[מטען חשמלי|מטען החשמלי]] של היון מגדיל באופן ניכר את ה[[קוטביות (כימיה)|קוטביות]] של [[קבוצה צדדית|השייר]] האמיני אליו הוא נוסף. כך גדלה ה[[הידרופיליות]] של השייר ו[[מסיסות]]ו במים ובחומרים קוטביים אחרים משתפרת. זרחון שיירים באתרי מפתח לאורך החלבון עשוי לשנות את הקיפול המרחבי שלו וכך להשמיש או להשבית אותו.

לדוגמה, [[גורם שעתוק|גורם השעתוק]] [[p53]] ממלא תפקיד מרכזי בדיכוי תהליכים [[סרטן (מחלה)|סרטניים]] בעקבות נזק למולקולות [[DNA]]. הגורם מגביר את ביטויים של [[גן (ביולוגיה)|גנים]] המעכבים את [[מחזור התא]] ועשויים אף [[אפופטוזה|להביא למותו]]. לאור זאת פעילותו של p53 מזיקה לתא הבריא ויש להגבילה למקרים הקשים בהם היא נחוצה. בהתאמה, כדי להפעיל את p53 יש לזרחן 18 אתרים שונים על פניו, קרי 18 שיירים אמיניים מוגדרים. כך קטנה ההסתברות להפעלתו של p53 בשוגג.

[[סרין]] היא חומצת האמינו המזורחנת באופן השכיח ביותר ואחריה [[תראונין]]. זרחון [[טירוזין]] הוא נדיר יחסית, אך קל יותר לזיהוי באמצעות [[נוגדן|נוגדנים]] מתאימים. לכן, קיימת הבנה טובה יחסית של אתרי זרחון טירוזין. ביצורים [[פרוקריוטיים]] מבוצע גם זרחון של [[היסטידין]] ו[[חומצה אספרטית]], כחלק מתהליך איתות דו-מרכיבי.

===רשתות איתות===
חלבונים עשויים לזרחן אלה את אלה באופן סבוך למדי. בכמה מסלולי איתות תאיים, חלבון א' מזרחן את חלבונים ב' וג', בעוד חלבון ב' מזרחן את חלבונים ג' וד' וזה האחרון מזרחן את חלבון א'. כך נוצרות לולאות [[משוב|היזון חוזר]] (משוב) ו[[היזון קדמי]] המאפשרות לממש [[פעולה בוליאנית|פעולות בוליאניות]], בדומה לתפקידם של [[שער לוגי|שערים לוגיים]] ב[[מעגל חשמלי|מעגלים חשמליים]]. קצב הזרחון מהיר באלפי מונים מתהליכי [[שעתוק (ביולוגיה)|שעתוק]] ו[[תרגום (ביולוגיה)|תרגום]]<!-- לציין קבועי זמן אופייניים -->, לכן רשתות איתות זירחוניות מגיבות מהר יותר לשינויים מאשר [[רשת גנטית|רשתות בקרה גנטיות]]. במקרים רבים קיימים קשרי גומלין בין רשתות זרחון לרשתות שעתוק, כאשר תגובות הזרחון המהירות מאפשרות בקרה עדינה יותר של תהליך השעתוק.

במעגלי בקרה המתבססים על זרחון נמצא לרוב פעילות בו-זמנית של אנזימי קינאז ופוספטאז, המבצעים הוספה והסרה של קבוצות זרחה מאותם חלבונים. מעגל בקרה שכזה מווסת את ה[[נהירה כימית|נהירה הכימית]] של חיידקי [[Escherichia coli|E. coli]] לעבר מזון והרחק מרעלים. במעגל זה, חלבון CheY מזורחן הנקשר למנוע ה[[שוטון]] מגדיל את ההסתברות לשינוי מגמת הסיבוב של המנוע. ב[[מצב מתמיד]] מתקזזת פעילות האנזימים המוסיפים או מסירים את קבוצת הזרחה מ-CheY, כך שריכוז החלבון המזורחן [[שיווי משקל כימי|לא משתנה]] בממוצע. כאשר [[קולטן|קולטנים]] מתאימים בחיידק חשים במולקולות מזון, הם מחלישים את פעילות אנזימי הקינאז המזרחנים את CheY, כך שריכוז החלבון המזורחן הולך ויורד. כתוצאה מכך משנה החיידק את כיוון תנועתו בתכיפות נמוכה יותר ומגיע מהר יותר אל מקור המזון.{{הערה|1=אורי אלון, [https://www.crcpress.com/An-Introduction-to-Systems-Biology-Design-Principles-of-Biological-Circuits/Alon-Alon/p/book/9781439837177 An Introduction to Systems Biology: Design Principles of Biological Circuits], 2006 {{ISBN|9781584886426}}}}

אפיון וניתוח רשתות איתות זירחוניות מחייב מדידות [[שיטות מחקר כמותניות|כמותיות]] של שיעור החלבון המזורחן לדרגותיו השונות, למשל בעזרת [[ספקטרומטר מסות]]. הענף במדעי ה[[חלבונות]] (פרוטאומיקה) האמון על מדידות אלה נקרא "זרחלבונות" (פוספופרוטאומיקה). באחד המחקרים נמצא למשל כי [[גורם גדילה|גורם הגדילה]] EGF משפיע על הזרחון של למעלה מששת אלפים אתרי זרחון שונים.

===אתרי זרחון חלבוניים===
מעריכים כי בכל תא חי קיימים אלפי אתרי זרחון, בהתאם לאומדן הבא:
#קיימים אלפי סוגים שונים של חלבונים בכל סוג תא נתון.
#מעריכים כי בין עשירית למחצית מסוגי החלבונים עוברים זרחון כזה או אחר.
#חלבון העובר זרחון מכיל לרוב מספר אתרי זרחון נבדלים.

כדי להבין באיזה "[[אוטומט סופי|מצב]]" נמצא התא ברגע נתון, יש למדוד את "מצב הזרחון" של חלבוניו. לדוגמה, האנזים [[AKT1]] נעשה פעיל כשחומצת האמינו מס' 473 לאורך השרשרת ה[[פפטיד]]ית המרכיבה אותו, סרין-473 (S473), עוברת זרחון. ניתן להיעזר ב[[נוגדן|נוגדנים]] ייעודיים הנקשרים לאנזים ב[[אפיניות (כימיה)|זיקה]] שונה לפי מצב הזרחון שלו. כיום זמינים מאות נוגדנים הבררניים למצב הזרחון של חלבונים שונים. לנוגדנים אלה חשיבות מרכזית הן במחקר בסיסי והן באבחון קליני.

===היסטוריה===
בשנת [[1906]] זיהה ה[[ביוכימיה|ביוכימאי]] היהודי [[פובוס לוין]] קבוצת זרחה בחלבון [[ויטלוגנין]] (Vitellogenin). בשנת [[1933]] מצאו לוין ו[[פריץ אלברט ליפמן|פריץ ליפמן]] שייר סרין מזורחן באותו חלבון. זרחון אנזימטי של חלבונים תואר לראשונה רק בשנת [[1954]] על ידי ג'ורג' ברנט ויוג'ין קנדי.{{הערה|
 <div style="direction: ltr;">
Burnett G. & Kennedy E.P.,[http://www.jbc.org/cgi/reprint/211/2/969 '''The enzymatic phosphorylation of proteins'''], J Biol Chem. 1954 Dec;211(2):969-80
</div>}}

==זרחון מולקולות אחרות==

המולקולה [[ATP]], המשמשת "מטבע אנרגיה" בכל היצורים החיים, אינה אלא מולקולת [[ADP]] מזורחנת. לשם הפקת ATP, ליצירת אנרגיה הזמינה לתהליכים שונים בתא, יש אפוא לזרחן מולקולת ADP. קיימות בתאים שתי גישות לתהליך זה. הראשונה, בה קבוצת הזרחה מועברת ישירות מ[[חומר ביניים]] הנושא אותה אל מולקולת ה-ADP, לקבלת ATP, מכונה ''זרחון ברמת המצע (סובטרט)''. שני תהליכים שונים נעזרים בגישה זו לביצוע זרחון :
* תהליך ה[[גליקוליזה]] ב[[פלזמת התא]], בו מוסרת קבוצת הזרחה משתי מולקולות ATP, לשחרור האנרגיה הדרושה לפירוק מולקולת [[גלוקוז]], שבתורו מאפשר זרחון 4 מולקולות ADP.
* [[מעגל קרבס]] באברוני ה[[מיטוכונדריה]].
הגישה האחרת מכונה [[זרחון חמצוני]]. תהליך זה מבוצע ברובו על ידי מכלול חלבוני בשם [[ATP סינתטאז]], הטובל ב[[קרום התא|קרום]] הפנימי של ה[[מיטוכונדריון]]. ה-ATP סינתטאז מצרף קבוצות זרחה חופשיות למולקולות ADP, על בסיס [[אנרגיה פוטנציאלית|האנרגיה הפוטנציאלית]] המנוצלת במעבר [[פרוטון|פרוטונים]] (יוני [[מימן]]) דרכו.{{הערה|
<div style="direction: ltr;">
Peter Dimroth, Christoph von Ballmoos, and T Meier, [http://dx.doi.org/10.1038/sj.embor.7400646 '''Catalytic and mechanical cycles in F-ATP synthases: Fourth in the Cycles Review Series'''], EMBO Rep. 2006 March; 7(3): 276–282. {{PMID|16607397}} (Free Access)
</div>
}} ניתן לדמות מכלול זה ל[[תחנת כוח הידרואלקטרית]] הממירה מפלי ריכוזים, השקולים לפי [[משוואת נרנסט]] ל[[הפרש פוטנציאל חשמלי]], ל[[אנרגיה כימית]]. [[משאבת פרוטונים|משאבות פרוטונים]] הן שיוצרות את מפלי ריכוזי הפרוטונים, כך שלפי אותו דימוי מפיק המכלול "מטבעות אנרגיה" מ[[אנרגיה שאובה]]. שלבים אלה הם תכליתו של תהליך [[נשימה תאית|הנשימה התאית]] וחלקם חיוניים לתפקוד בכל ה[[תא]]ים. תהליך דומה לזרחון החמצוני הוא [[זרחון באור]] (Photophosphorylation). התהליך מתרחש ב[[כלורופלסט]] ב[[צמחים]] (וב[[אצות]] מסוימות) כחלק מתהליך ה[[פוטוסינתזה]] ובו [[אור]] [[השמש]] משמש מקור אנרגיה לזרחון מולקולות ADP, גם כן תוך [[פעפוע]] יוני מימן דרך מכלול ה-ATP סינתטאז.

זרחון [[פחמימה|פחמימות]] הוא בדרך כלל השלב הראשון בפירוקן. הזרחון מונע מהפחמימות לחזור על עקבותיהן דרך הנשא החלבוני המוביל אותן אל תוך התא, וכך מבטיח שפירוק הפחמימות יושלם בתא והפחמימות לא תצאנה אל מחוץ לו.

== ראו גם ==
* [[מיתול]]

==קישורים חיצוניים ==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* [https://web.archive.org/web/20080724182229/http://mpr.nci.nih.gov/mpr Mammalian Phosphorylation Resource] - מאגר מידע על נוגדנים לאתרי זרחון יונקיים
* [https://web.archive.org/web/20160418034750/http://www.detectorvision.com/deltaMasses/ deltaMasses] - תוכנה לזיהוי ואיתור אתרים מזורחנים לאחר ספקטרומטריית מסות
* {{בריטניקה}}
* {{דף שער בספרייה הלאומית|987007543642405171|זרחון}}
<div style="direction: ltr;">
* Goto et al., [http://dx.doi.org/10.1038/nprot.2007.31 Functional analyses for site-specific phosphorylation of a target protein in cells], [[Nature]] Protocols
</div>

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:מעבר אותות]]
[[קטגוריה:ביוכימיה]]
[[קטגוריה:כימיה אורגנית]]
[[קטגוריה:זרחן: תרכובות]]