¿Cómo afecta la fosforilación a la actividad de las proteínas?

Las proteínas son caballos de batalla celulares. Como enzimas, catalizan reacciones bioquímicas. Las proteínas también actúan como receptores que se unen a otras sustancias y controlan la actividad celular. Como parte de una hormona, las proteínas pueden iniciar o suprimir las principales actividades celulares, como la secreción. Una célula usa la fosforilación como un interruptor para activar o desactivar la actividad de las proteínas.

Las proteínas son moléculas con un esqueleto de aminoácidos y, por lo general, uno o más grupos laterales. Las fuerzas eléctricas sobre los átomos de una proteína le dan una forma tridimensional, o conformación, que puede incluir anillos y pliegues complejos. La fosforilación es una reacción química que agrega un grupo fosfato que consta de un átomo de fósforo y cuatro átomos de oxígeno a una molécula orgánica como una proteína. El fosfato tiene una carga eléctrica negativa. La fosforilación cambia la conformación de una proteína. El proceso suele ser reversible; una proteína puede fosforilarse o desfosforilarse, de forma análoga a cambiar un bit de computadora entre cero y uno.

Solo unos pocos aminoácidos pueden aceptar un grupo fosfato. La fuerte carga negativa en un grupo fosfato cambia la forma en que se forma una proteína y cómo interactúa con el agua. Una proteína que normalmente no interactúa con el agua se volverá hidrófila, amigable con el agua, cuando se fosforila. Este cambio da como resultado modificaciones en las propiedades físicas y bioquímicas de una proteína. Una quinasa es un tipo de enzima que transfiere un fosfato de una molécula de alta energía a otra sustancia, como una proteína. Los científicos han identificado cientos de quinasas que transfieren fosfatos a proteínas específicas.

El cambio conformacional de una enzima causado por la adición de uno o más grupos fosfato puede activar o inhibir la enzima. Por ejemplo, la fosforilación de la enzima glucógeno sintetasa cambia la forma de la enzima y reduce su actividad. La enzima cataliza la conversión del azúcar pequeño, la glucosa, en glucógeno de almidón de cadena larga. El agente de fosforilación es la glucógeno sintetasa quinasa 3, o GSK-3, que puede añadir un grupo fosfato a los aminoácidos serina y treonina. En este ejemplo, GSK-3 agrega grupos fosfatos a los últimos tres aminoácidos serina de la glucógeno sintetasa, lo que dificulta que la enzima interactúe con la glucosa.

Los receptores son proteínas dentro de una célula que responden a señales del exterior de la célula. La fosforilación puede inhibir o activar receptores. Por ejemplo, el receptor de estrógeno alfa, o ERA, es una proteína que se activa cuando la hormona estrógeno ingresa a la célula. ERA es un factor de transcripción: ERA activado puede unirse al ADN, o al ácido desoxirribonucleico, en los cromosomas e influir en la expresión de genes específicos como proteínas. Sin embargo, ERA solo puede unirse al ADN si primero se fosforila. Una vez que ERA se ha activado y fosforilado, puede mejorar la transcripción del ADN, estimulando así la producción de ciertas proteínas.