Comment la phosphorylation affecte-t-elle l'activité des protéines?

Les protéines sont des chevaux de bataille cellulaires. En tant qu'enzymes, elles catalysent les réactions biochimiques. Les protéines agissent également comme des récepteurs qui se lient à d'autres substances et contrôlent l'activité cellulaire. En tant qu'éléments d'une hormone, les protéines peuvent initier ou supprimer des activités cellulaires majeures, telles que la sécrétion. Une cellule utilise la phosphorylation comme interrupteur pour activer ou désactiver l'activité des protéines.

Les protéines sont des molécules avec un squelette d'acides aminés et, généralement, un ou plusieurs groupes latéraux. Les forces électriques sur les atomes d'une protéine lui donnent une forme tridimensionnelle, ou conformation, qui peut inclure des plis et des anneaux complexes. La phosphorylation est une réaction chimique qui ajoute un groupe phosphate constitué d'un atome de phosphore et de quatre atomes d'oxygène à une molécule organique telle qu'une protéine. Le phosphate a une charge électrique négative. La phosphorylation modifie la conformation d'une protéine. Le processus est généralement réversible; une protéine peut être phosphorylée ou déphosphorylée, comme si on faisait basculer un bit informatique entre zéro et un.

Seuls quelques acides aminés peuvent accepter un groupe phosphate. La forte charge négative sur un groupe phosphate modifie la façon dont une protéine est formée et comment elle interagit avec l'eau. Une protéine qui n'interagit normalement pas avec l'eau deviendra hydrophile, respectueuse de l'eau, lorsqu'elle est phosphorylée. Ce changement entraîne des modifications des propriétés physiques et biochimiques d'une protéine. Une kinase est un type d'enzyme qui transfère un phosphate d'une molécule à haute énergie à une autre substance, telle qu'une protéine. Les scientifiques ont identifié des centaines de kinases qui transfèrent les phosphates vers des protéines spécifiques.

Le changement de conformation d'une enzyme provoqué par l'ajout d'un ou plusieurs groupes phosphate peut activer ou inhiber l'enzyme. Par exemple, la phosphorylation de l'enzyme glycogène synthétase modifie la forme de l'enzyme et réduit son activité. L'enzyme catalyse la conversion du petit sucre, le glucose, en glycogène d'amidon à longue chaîne. L'agent de phosphorylation est la glycogène synthétase kinase 3, ou GSK-3, qui peut ajouter un groupe phosphate aux acides aminés sérine et thréonine. Dans cet exemple, GSK-3 ajoute des groupes phosphates aux trois derniers acides aminés sérine de la glycogène synthétase, ce qui rend difficile l'interaction de l'enzyme avec le glucose.

Les récepteurs sont des protéines à l'intérieur d'une cellule qui répondent aux signaux provenant de l'extérieur de la cellule. La phosphorylation peut inhiber ou activer des récepteurs. Par exemple, le récepteur d'œstrogène alpha, ou ERA, est une protéine qui est activée lorsque l'hormone œstrogène pénètre dans la cellule. L'ERA est un facteur de transcription -- l'ERA activé peut se lier à l'ADN, ou à l'acide désoxyribonucléique, dans les chromosomes et influencer l'expression de gènes spécifiques sous forme de protéines. Cependant, l'ERA ne peut se lier à l'ADN que s'il est d'abord phosphorylé. Une fois que l'ERA a été activé et phosphorylé, il peut améliorer la transcription de l'ADN, stimulant ainsi la production de certaines protéines.