Hogyan befolyásolja a foszforilezés a fehérje aktivitását?

A fehérjék sejtes munkalovak. Enzimként biokémiai reakciókat katalizálnak. A fehérjék receptorokként is működnek, amelyek más anyagokkal kötődnek és szabályozzák a sejtek aktivitását. A hormon részeként a fehérjék elindíthatják vagy elnyomhatják a nagyobb sejtaktivitásokat, például a szekréciót. Egy sejt a foszforilezést kapcsolóként használja a fehérje aktivitás be- vagy kikapcsolására.

A fehérjék aminosav gerincű molekulák, általában egy vagy több mellékcsoporttal. A fehérje atomjaira ható elektromos erők háromdimenziós alakot vagy konformációt eredményeznek, amely összetett redőket és gyűrűket tartalmazhat. A foszforilezés olyan kémiai reakció, amely egy foszforatomból és négy oxigénatomból álló foszfátcsoportot ad hozzá egy szerves molekulához, például egy fehérjéhez. A foszfát negatív elektromos töltéssel rendelkezik. A foszforilezés megváltoztatja a fehérje konformációját. A folyamat általában visszafordítható; egy fehérje foszforilezhető vagy defoszforilezhető, hasonlóan ahhoz, mintha a számítógép bitjét nulla és egy között megfordítanánk.

Csak néhány aminosav képes befogadni egy foszfátcsoportot. A foszfátcsoport erős negatív töltése megváltoztatja a fehérje formáját és kölcsönhatását a vízzel. Az a fehérje, amely általában nem lép kölcsönhatásba a vízzel, foszforilezve hidrofil, vízbarát lesz. Ez a változás a fehérje fizikai és biokémiai tulajdonságainak módosulását eredményezi. A kináz egy olyan típusú enzim, amely egy foszfátot visz át a nagy energiájú molekulából egy másik anyagba, például egy fehérjébe. A tudósok több száz kinázt azonosítottak, amelyek foszfátokat visznek át specifikus fehérjékre.

Az enzim konformációs változása, amelyet egy vagy több foszfátcsoport hozzáadása okoz, aktiválhatja vagy gátolhatja az enzimet. Például a glikogén-szintetáz enzim foszforilezése megváltoztatja az enzim alakját és csökkenti annak aktivitását. Az enzim katalizálja a kis cukor, a glükóz átalakulását hosszú láncú keményítő-glikogénné. A foszforilálószer a glikogén-szintetáz-kináz 3 vagy a GSK-3, amely foszfátcsoportot adhat a szerin és a treonin aminosavakhoz. Ebben a példában a GSK-3 foszfátcsoportokat ad hozzá a glikogén-szintetáz utolsó három szerin-aminosavához, ami megnehezíti az enzim kölcsönhatását a glükózzal.

A receptorok egy sejt belsejében található fehérjék, amelyek reagálnak a sejten kívülről érkező jelekre. A foszforiláció gátolhatja vagy aktiválhatja a receptorokat. Például az alfa ösztrogénreceptor vagy ERA egy fehérje, amely akkor aktiválódik, amikor az ösztrogén hormon belép a sejtbe. Az ERA egy transzkripciós faktor - az aktivált ERA a kromoszómákban képes kötődni a DNS-hez vagy a dezoxiribonukleinsavhoz, és befolyásolhatja, hogy a specifikus gének fehérjékként fejeződnek-e ki. Az ERA azonban csak akkor kötődhet a DNS-hez, ha először foszforilezzük. Az ERA aktiválása és foszforilezése után fokozhatja a DNS-transzkripciót, ezáltal serkenti bizonyos fehérjék termelését.