Bagaimana Fosforilasi Mempengaruhi Aktivitas Protein?

Protein adalah pekerja keras seluler. Sebagai enzim, mereka mengkatalisis reaksi biokimia. Protein juga bertindak sebagai reseptor yang mengikat dengan zat lain dan mengontrol aktivitas sel. Sebagai bagian dari hormon, protein dapat memulai atau menekan aktivitas seluler utama, seperti sekresi. Sebuah sel menggunakan fosforilasi sebagai saklar untuk mengaktifkan atau menonaktifkan aktivitas protein.

Protein adalah molekul dengan tulang punggung asam amino dan, biasanya, satu atau lebih kelompok samping. Gaya listrik pada atom protein memberikan bentuk tiga dimensi, atau konformasi, yang dapat mencakup lipatan dan cincin kompleks. Fosforilasi adalah reaksi kimia yang menambahkan gugus fosfat yang terdiri dari satu atom fosfor dan empat atom oksigen ke molekul organik seperti protein. Fosfat memiliki muatan listrik negatif. Fosforilasi mengubah konformasi protein. Prosesnya biasanya reversibel; protein dapat difosforilasi atau didefosforilasi, analog dengan membalik bit komputer antara nol dan satu.

Hanya beberapa asam amino yang dapat menerima gugus fosfat. Muatan negatif yang kuat pada gugus fosfat mengubah cara protein dibentuk dan bagaimana ia berinteraksi dengan air. Protein yang biasanya tidak berinteraksi dengan air akan menjadi hidrofilik, ramah air, ketika terfosforilasi. Perubahan ini menghasilkan modifikasi pada sifat fisik dan biokimia protein. Kinase adalah jenis enzim yang mentransfer fosfat dari molekul energi tinggi ke zat lain, seperti protein. Para ilmuwan telah mengidentifikasi ratusan kinase yang mentransfer fosfat ke protein tertentu.

Perubahan konformasi enzim yang disebabkan oleh penambahan satu atau lebih gugus fosfat dapat mengaktifkan atau menghambat enzim. Misalnya, fosforilasi enzim glikogen sintetase mengubah bentuk enzim dan mengurangi aktivitasnya. Enzim mengkatalisis konversi gula kecil, glukosa, menjadi glikogen pati rantai panjang. Agen fosforilasi adalah glikogen sintetase kinase 3, atau GSK-3, yang dapat menambahkan gugus fosfat ke asam amino serin dan treonin. Dalam contoh ini, GSK-3 menambahkan gugus fosfat ke tiga asam amino serin terakhir dari glikogen sintetase, sehingga menyulitkan enzim untuk berinteraksi dengan glukosa.

Reseptor adalah protein di dalam sel yang merespon sinyal dari luar sel. Fosforilasi dapat menghambat atau mengaktifkan reseptor. Misalnya, reseptor estrogen alfa, atau ERA, adalah protein yang diaktifkan ketika hormon estrogen memasuki sel. ERA adalah faktor transkripsi -- ERA yang diaktifkan dapat mengikat DNA, atau asam deoksiribonukleat, dalam kromosom dan memengaruhi apakah gen tertentu akan diekspresikan sebagai protein. Namun, ERA hanya dapat mengikat DNA jika pertama kali difosforilasi. Setelah ERA diaktifkan dan difosforilasi, ia dapat meningkatkan transkripsi DNA, sehingga merangsang produksi protein tertentu.