Proteiinit ovat solutyöhevosia. Entsyymeinä ne katalysoivat biokemiallisia reaktioita. Proteiinit toimivat myös reseptoreina, jotka sitoutuvat muihin aineisiin ja säätelevät solujen aktiivisuutta. Osana hormonia proteiinit voivat aloittaa tai estää tärkeimmät solutoiminnot, kuten erityksen. Solu käyttää fosforylaatiota kytkimenä proteiiniaktiivisuuden kytkemiseksi päälle tai pois päältä.
Fosfaatit ja proteiinit
Proteiinit ovat molekyylejä, joilla on aminohapporunko ja yleensä yksi tai useampi sivuryhmä. Proteiinin atomien sähkövoimat antavat sille kolmiulotteisen muodon tai konformaation, joka voi sisältää monimutkaisia taitoksia ja renkaita. Fosforylaatio on kemiallinen reaktio, joka lisää fosfaattiryhmän, joka koostuu yhdestä fosforiatomista ja neljästä happiatomista, orgaaniseen molekyyliin, kuten proteiiniin. Fosfaatilla on negatiivinen sähkövaraus. Fosforylaatio muuttaa proteiinin konformaatiota. Prosessi on yleensä palautuva; proteiini voi olla fosforyloitu tai defosforyloitu, analoginen tietokonebitin kääntämisen välillä nolla ja yksi.
Mekanismi
Vain muutama aminohappo voi hyväksyä fosfaattiryhmän. Fosfaattiryhmän voimakas negatiivinen varaus muuttaa tapaa, jolla proteiini muotoillaan ja miten se on vuorovaikutuksessa veden kanssa. Proteiinista, joka ei tavallisesti ole vuorovaikutuksessa veden kanssa, tulee hydrofiilinen, vesiystävällinen fosforyloidessaan. Tämä muutos johtaa muutoksiin proteiinin fysikaalisissa ja biokemiallisissa ominaisuuksissa. Kinaasi on eräänlainen entsyymi, joka siirtää fosfaatin korkean energian molekyylistä toiseen aineeseen, kuten proteiiniin. Tutkijat ovat tunnistaneet satoja kinaaseja, jotka siirtävät fosfaatteja spesifisiin proteiineihin.
Entsyymiaktiivisuus
Yhden tai useamman fosfaattiryhmän lisäämisen aiheuttama konformatiivinen muutos entsyymiin voi aktivoida tai estää entsyymin. Esimerkiksi glykogeenisyntetaasin entsyymin fosforylaatio muuttaa entsyymin muotoa ja vähentää sen aktiivisuutta. Entsyymi katalysoi pienen sokerin, glukoosin, muuttumisen pitkäketjuiseksi tärkkelysglykogeeniksi. Fosforyloiva aine on glykogeenisyntetaasikinaasi 3 tai GSK-3, joka voi lisätä fosfaattiryhmän aminohappoihin seriini ja treoniini. Tässä esimerkissä GSK-3 lisää fosfaattiryhmät glykogeenisyntetaasin kolmeen viimeiseen seriiniaminohappoon, mikä vaikeuttaa entsyymin vuorovaikutusta glukoosin kanssa.
Reseptorit
Reseptorit ovat solun sisällä olevia proteiineja, jotka reagoivat solun ulkopuolelta tuleviin signaaleihin. Fosforylaatio voi estää tai aktivoida reseptoreita. Esimerkiksi estrogeenireseptorialfa tai ERA on proteiini, joka aktivoituu, kun estrogeenihormoni pääsee soluun. ERA on transkriptiotekijä - aktivoitu ERA voi sitoutua DNA: han tai deoksiribonukleiinihappoon kromosomissa ja vaikuttaa siihen, ilmentyvätkö spesifiset geenit proteiineina. ERA voi kuitenkin sitoutua DNA: han vain, jos se ensin fosforyloidaan. Kun ERA on aktivoitu ja fosforyloitu, se voi parantaa DNA: n transkriptiota ja stimuloida siten tiettyjen proteiinien tuotantoa.