Протеините са клетъчни работни коне. Като ензими те катализират биохимичните реакции. Протеините действат и като рецептори, които се свързват с други вещества и контролират клетъчната активност. Като част от хормона, протеините могат да инициират или потискат големи клетъчни дейности, като секреция. Клетката използва фосфорилирането като превключвател за включване или изключване на протеиновата активност.
Фосфати и протеини
Протеините са молекули с аминокиселинен скелет и обикновено една или повече странични групи. Електрическите сили върху атомите на протеина му придават триизмерна форма или конформация, която може да включва сложни гънки и пръстени. Фосфорилирането е химична реакция, която добавя фосфатна група, състояща се от един фосфорен атом и четири кислородни атома към органична молекула като протеин. Фосфатът има отрицателен електрически заряд. Фосфорилирането променя конформацията на протеина. Процесът обикновено е обратим; протеинът може да бъде фосфорилиран или дефосфорилиран, аналогично на обръщане на компютърен бит между нула и единица.
Механизъм
Само няколко аминокиселини могат да приемат фосфатна група. Силният отрицателен заряд върху фосфатна група променя начина, по който се оформя протеинът и как той взаимодейства с водата. Протеин, който обикновено не си взаимодейства с водата, ще стане хидрофилен, щадящ водата, когато се фосфорилира. Тази промяна води до модификации на физичните и биохимичните свойства на протеина. Киназата е вид ензим, който пренася фосфат от високоенергийна молекула в друго вещество, като протеин. Учените са идентифицирали стотици кинази, които пренасят фосфатите към специфични протеини.
Ензимна активност
Конформационната промяна на ензим, причинена от добавянето на една или повече фосфатни групи, може да активира или инхибира ензима. Например, фосфорилирането на ензима гликоген синтетаза променя формата на ензима и намалява неговата активност. Ензимът катализира превръщането на малката захар, глюкозата, в глиногена с нишесте с нишесте с дълга верига. Фосфорилиращият агент е гликоген синтетаза киназа 3 или GSK-3, който може да добави фосфатна група към аминокиселините серин и треонин. В този пример GSK-3 добавя фосфатни групи към последните три серинови аминокиселини на гликоген синтетазата, което затруднява взаимодействието на ензима с глюкозата.
Рецептори
Рецепторите са протеини в клетката, които реагират на сигнали извън клетката. Фосфорилирането може да инхибира или активира рецепторите. Например, естрогенният рецептор алфа или ERA е протеин, който се активира, когато хормонът естроген навлезе в клетката. ERA е транскрипционен фактор - активираната ERA може да се свърже с ДНК или дезоксирибонуклеинова киселина в хромозомите и да повлияе дали конкретни гени ще бъдат експресирани като протеини. Въпреки това, ERA може да се свърже с ДНК само ако тя е първо фосфорилирана. След като ERA бъде активиран и фосфорилиран, той може да подобри транскрипцията на ДНК, като по този начин стимулира производството на някои протеини.
