Jak fosforylace ovlivňuje aktivitu bílkovin?

Proteiny jsou buněčné pracovní koně. Jako enzymy katalyzují biochemické reakce. Proteiny také působí jako receptory, které se vážou s jinými látkami a řídí buněčnou aktivitu. Jako součást hormonu mohou proteiny zahájit nebo potlačit hlavní buněčné aktivity, jako je sekrece. Buňka používá fosforylaci jako přepínač k zapnutí nebo vypnutí aktivity proteinu.

Proteiny jsou molekuly s aminokyselinovým páteří a obvykle s jednou nebo více vedlejšími skupinami. Elektrické síly na atomech proteinu mu dávají trojrozměrný tvar nebo konformaci, která může zahrnovat složité záhyby a kruhy. Fosforylace je chemická reakce, která přidává fosfátovou skupinu skládající se z jednoho atomu fosforu a čtyř atomů kyslíku k organické molekule, jako je protein. Fosfát má záporný elektrický náboj. Fosforylace mění konformaci proteinu. Proces je obvykle reverzibilní; protein může být fosforylován nebo defosforylován, analogicky k převrácení počítačového bitu mezi nulou a jednou.

Pouze několik aminokyselin může přijmout fosfátovou skupinu. Silný negativní náboj na fosfátové skupině mění způsob, jakým je protein formován a jak interaguje s vodou. Protein, který normálně neinteraguje s vodou, se stane hydrofilní, vodou přátelský, pokud bude fosforylován. Tato změna vede k úpravám fyzikálních a biochemických vlastností proteinu. Kináza je typ enzymu, který přenáší fosfát z vysokoenergetické molekuly na jinou látku, například na protein. Vědci identifikovali stovky kináz, které přenášejí fosfáty na specifické proteiny.

Konformační změna na enzym způsobená přidáním jedné nebo více fosfátových skupin může enzym aktivovat nebo inhibovat. Například fosforylace enzymu glykogen syntetáza mění tvar enzymu a snižuje jeho aktivitu. Enzym katalyzuje přeměnu malého cukru, glukózy, na škrobový glykogen s dlouhým řetězcem. Fosforylačním činidlem je glykogen syntetáza kináza 3 nebo GSK-3, které mohou přidat fosfátovou skupinu k aminokyselinám serinu a threoninu. V tomto příkladu GSK-3 přidává fosfátové skupiny k posledním třem serinovým aminokyselinám glykogen syntetázy, což ztěžuje interakci enzymu s glukózou.

Receptory jsou proteiny uvnitř buňky, které reagují na signály z vnějšku buňky. Fosforylace může inhibovat nebo aktivovat receptory. Například estrogenový receptor alfa nebo ERA je protein, který se aktivuje, když hormon estrogen vstoupí do buňky. ERA je transkripční faktor - aktivovaná ERA se může vázat na DNA nebo deoxyribonukleovou kyselinu v chromozomech a ovlivnit, zda budou specifické geny exprimovány jako proteiny. ERA se však může vázat na DNA, pouze pokud je nejprve fosforylována. Jakmile je ERA aktivována a fosforylována, může zvýšit transkripci DNA, a tím stimulovat produkci určitých proteinů.