Kuidas mõjutab fosforüülimine valgu aktiivsust?

Valgud on rakulised hobused. Ensüümidena katalüüsivad nad biokeemilisi reaktsioone. Valgud toimivad ka retseptoritena, mis seonduvad teiste ainetega ja kontrollivad rakkude aktiivsust. Hormooni osana võivad valgud algatada või pärssida suuri rakulisi tegevusi, näiteks sekretsiooni. Rakk kasutab fosforüülimist lülitina valgu aktiivsuse sisse- või väljalülitamiseks.

Valgud on molekulid, millel on aminohappe selgroog ja tavaliselt üks või mitu kõrvalrühma. Valgu aatomite elektrilised jõud annavad sellele kolmemõõtmelise kuju või konformatsiooni, mis võib sisaldada keerukaid voldikuid ja rõngaid. Fosforüülimine on keemiline reaktsioon, mis lisab orgaanilisele molekulile, näiteks valgule, fosfaatrühma, mis koosneb ühest fosforiaatomist ja neljast hapnikuaatomist. Fosfaadil on negatiivne elektrilaeng. Fosforüülimine muudab valgu konformatsiooni. Protsess on tavaliselt pöörduv; valku võib fosforüülida või defosforüülida, analoogselt arvutibiti pööramisega nulli ja ühe vahele.

Fosfaatrühma võivad vastu võtta vaid mõned aminohapped. Fosfaatrühma tugev negatiivne laeng muudab valgu kuju ja koostoimet veega. Valk, mis tavaliselt veega ei suhtle, muutub fosforüülimisel hüdrofiilseks, veesõbralikuks. Selle muudatuse tulemusel muutuvad valgu füüsikalised ja biokeemilised omadused. Kinaas on ensüümi tüüp, mis kannab fosfaati suure energiaga molekulilt teisele ainele, näiteks valgule. Teadlased on tuvastanud sadu kinaase, mis viivad fosfaadid spetsiifilistesse valkudesse.

Ensüümi konformatsiooniline muutus, mis on põhjustatud ühe või mitme fosfaatrühma lisamisest, võib ensüümi aktiveerida või pärssida. Näiteks muudab ensüümi glükogeeni süntetaasi fosforüülimine ensüümi kuju ja vähendab selle aktiivsust. Ensüüm katalüüsib väikese suhkru, glükoosi, muundumist pika ahelaga tärklise glükogeeniks. Fosforüleeriv aine on glükogeeni süntetaasi kinaas 3 või GSK-3, mis võib lisada aminohapetele seriin ja treoniin fosfaatrühma. Selles näites lisab GSK-3 fosfaatrühmad glükogeeni süntetaasi viimasele kolmele seriinaminohappele, muutes ensüümi glükoosiga suhtlemise keeruliseks.

Retseptorid on raku sees olevad valgud, mis reageerivad rakuvälistest signaalidest. Fosforüülimine võib retseptoreid pärssida või aktiveerida. Näiteks östrogeeniretseptor alfa ehk ERA on valk, mis aktiveerub siis, kui hormoon östrogeen siseneb rakku. ERA on transkriptsioonifaktor - aktiveeritud ERA võib kromosoomides seonduda DNA või deoksüribonukleiinhappega ja mõjutada seda, kas spetsiifilisi geene ekspresseeritakse valkudena. Kuid ERA saab DNA-ga seonduda ainult siis, kui see on kõigepealt fosforüülitud. Kui ERA on aktiveeritud ja fosforüülitud, võib see suurendada DNA transkriptsiooni, stimuleerides nii teatud valkude tootmist.