Οι πρωτεΐνες είναι κυτταρικά εργαστήρια. Ως ένζυμα, καταλύουν τις βιοχημικές αντιδράσεις. Οι πρωτεΐνες δρουν επίσης ως υποδοχείς που συνδέονται με άλλες ουσίες και ελέγχουν τη δραστηριότητα των κυττάρων. Ως μέρος μιας ορμόνης, οι πρωτεΐνες μπορούν να ξεκινήσουν ή να καταστέλλουν σημαντικές κυτταρικές δραστηριότητες, όπως έκκριση. Ένα κύτταρο χρησιμοποιεί φωσφορυλίωση ως διακόπτη για να ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσει τη δραστικότητα πρωτεΐνης.
Φωσφορικά και πρωτεΐνες
Οι πρωτεΐνες είναι μόρια με ραχοκοκαλιά αμινοξέων και, συνήθως, μία ή περισσότερες πλευρικές ομάδες. Οι ηλεκτρικές δυνάμεις στα άτομα μιας πρωτεΐνης της δίνουν ένα τρισδιάστατο σχήμα ή διαμόρφωση, που μπορεί να περιλαμβάνει περίπλοκες πτυχώσεις και δακτυλίους. Η φωσφορυλίωση είναι μια χημική αντίδραση που προσθέτει μια φωσφορική ομάδα που αποτελείται από ένα άτομο φωσφόρου και τέσσερα άτομα οξυγόνου σε ένα οργανικό μόριο όπως μια πρωτεΐνη. Το φωσφορικό έχει αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Η φωσφορυλίωση αλλάζει τη διαμόρφωση μιας πρωτεΐνης. Η διαδικασία είναι συνήθως αναστρέψιμη. μια πρωτεΐνη μπορεί να φωσφορυλιωθεί ή να αποφωσφορυλιωθεί, ανάλογα με την ανατροπή ενός bit υπολογιστή μεταξύ μηδέν και ενός.
Μηχανισμός
Μόνο μερικά αμινοξέα μπορούν να δεχτούν μια φωσφορική ομάδα. Το ισχυρό αρνητικό φορτίο σε μια φωσφορική ομάδα αλλάζει τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζεται μια πρωτεΐνη και πώς αλληλεπιδρά με το νερό. Μια πρωτεΐνη που συνήθως δεν αλληλεπιδρά με το νερό θα γίνει υδρόφιλη, φιλική προς το νερό, όταν φωσφορυλιωθεί. Αυτή η αλλαγή έχει ως αποτέλεσμα τροποποιήσεις στις φυσικές και βιοχημικές ιδιότητες μιας πρωτεΐνης. Μια κινάση είναι ένας τύπος ενζύμου που μεταφέρει ένα φωσφορικό από ένα μόριο υψηλής ενέργειας σε μια άλλη ουσία, όπως μια πρωτεΐνη. Οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει εκατοντάδες κινάσες που μεταφέρουν φωσφορικά σε συγκεκριμένες πρωτεΐνες.
Δραστηριότητα ενζύμου
Η διαμορφωτική αλλαγή σε ένα ένζυμο που προκαλείται από την προσθήκη μίας ή περισσοτέρων φωσφορικών ομάδων μπορεί να ενεργοποιήσει ή να αναστείλει το ένζυμο. Για παράδειγμα, η φωσφορυλίωση του ενζύμου γλυκογόνου συνθετάσης αλλάζει το σχήμα του ενζύμου και μειώνει τη δραστηριότητά του. Το ένζυμο καταλύει τη μετατροπή του μικρού σακχάρου, της γλυκόζης, στο γλυκογόνο αμύλου μακράς αλυσίδας. Ο φωσφορυλιωτικός παράγοντας είναι η κινάση 3 της συνθετάσης γλυκογόνου ή η GSK-3, η οποία μπορεί να προσθέσει μια φωσφορική ομάδα στα αμινοξέα σερίνη και θρεονίνη. Σε αυτό το παράδειγμα, το GSK-3 προσθέτει ομάδες φωσφορικών στα τρία τελευταία αμινοξέα σερίνης της συνθετάσης γλυκογόνου, καθιστώντας δύσκολη την αλληλεπίδραση του ενζύμου με τη γλυκόζη.
Δέκτες
Οι υποδοχείς είναι πρωτεΐνες μέσα σε ένα κελί που αποκρίνονται σε σήματα έξω από το κύτταρο. Η φωσφορυλίωση μπορεί να αναστέλλει ή να ενεργοποιεί τους υποδοχείς. Για παράδειγμα, ο υποδοχέας οιστρογόνων άλφα, ή ERA, είναι μια πρωτεΐνη που ενεργοποιείται όταν η ορμόνη οιστρογόνο εισέρχεται στο κύτταρο. Ο ERA είναι ένας παράγοντας μεταγραφής - ο ενεργοποιημένος ERA μπορεί να συνδεθεί με DNA, ή δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, σε χρωμοσώματα και να επηρεάσει το κατά πόσον συγκεκριμένα γονίδια θα εκφραστούν ως πρωτεΐνες. Ωστόσο, ο ERA μπορεί να δεσμευτεί μόνο στο DNA εάν πρώτα φωσφορυλιωθεί. Όταν το ERA ενεργοποιηθεί και φωσφορυλιωθεί, μπορεί να βελτιώσει τη μεταγραφή του DNA, διεγείροντας έτσι την παραγωγή ορισμένων πρωτεϊνών.