Proteini su stanični radni konji. Kao enzimi, kataliziraju biokemijske reakcije. Proteini također djeluju kao receptori koji se vežu s drugim tvarima i kontroliraju aktivnost stanica. Kao dio hormona, proteini mogu inicirati ili suzbiti glavne stanične aktivnosti, poput sekrecije. Stanica koristi fosforilaciju kao prekidač za uključivanje ili isključivanje aktivnosti proteina.
Fosfati i proteini
Proteini su molekule s aminokiselinskom okosnicom i, obično, jednom ili više bočnih skupina. Električne sile na atome proteina daju mu trodimenzionalni oblik ili konformaciju koja može uključivati složene nabore i prstenove. Fosforilacija je kemijska reakcija koja organskoj molekuli kao što je protein dodaje fosfatnu skupinu koja se sastoji od jednog fosfornog atoma i četiri atoma kisika. Fosfat ima negativan električni naboj. Fosforilacija mijenja konformaciju proteina. Proces je obično reverzibilan; protein može biti fosforiliran ili defosforiliran, analogno okretanju računalnog bita između nule i jedan.
Mehanizam
Samo nekoliko aminokiselina može prihvatiti fosfatnu skupinu. Jaki negativni naboj na fosfatnoj skupini mijenja način na koji protein oblikuje i način interakcije s vodom. Protein koji obično ne stupa u interakciju s vodom postat će hidrofilni i vodootporan kada se fosforilira. Ova promjena rezultira modifikacijama fizikalnih i biokemijskih svojstava proteina. Kinaza je vrsta enzima koji prenosi fosfat iz molekule visoke energije u drugu tvar, poput proteina. Znanstvenici su identificirali stotine kinaza koje prenose fosfate u određene proteine.
Aktivnost enzima
Konformacijska promjena enzima uzrokovana dodatkom jedne ili više fosfatnih skupina može aktivirati ili inhibirati enzim. Na primjer, fosforilacija enzima glikogen sintetaze mijenja oblik enzima i smanjuje njegovu aktivnost. Enzim katalizira pretvorbu malog šećera, glukoze, u dugolančani škrobni glikogen. Sredstvo za fosforilaciju je glikogen sintetaza kinaza 3 ili GSK-3, koja aminokiselinama serinu i treoninu može dodati fosfatnu skupinu. U ovom primjeru GSK-3 dodaje fosfate u zadnje tri serinske aminokiseline glikogen sintetaze, što otežava interakciju enzima s glukozom.
Receptori
Receptori su proteini unutar stanice koji reagiraju na signale izvan stanice. Fosforilacija može inhibirati ili aktivirati receptore. Na primjer, estrogenski receptor alfa ili ERA je protein koji se aktivira kada hormon estrogen uđe u stanicu. ERA je transkripcijski faktor - aktivirana ERA može se vezati za DNA ili deoksiribonukleinsku kiselinu u kromosomima i utjecati na to hoće li se određeni geni izraziti kao proteini. Međutim, ERA se na DNA može vezati samo ako je prvo fosforilirana. Jednom kad se ERA aktivira i fosforilira, može poboljšati transkripciju DNA, stimulirajući tako proizvodnju određenih proteina.