Le proteine sono cavalli da lavoro cellulari. Come enzimi, catalizzano reazioni biochimiche. Le proteine agiscono anche come recettori che si legano ad altre sostanze e controllano l'attività cellulare. Come parte di un ormone, le proteine possono avviare o sopprimere le principali attività cellulari, come la secrezione. Una cellula utilizza la fosforilazione come interruttore per attivare o disattivare l'attività proteica.
Fosfati e Proteine
Le proteine sono molecole con uno scheletro amminoacidico e, solitamente, uno o più gruppi laterali. Le forze elettriche sugli atomi di una proteina le conferiscono una forma tridimensionale, o conformazione, che può includere pieghe e anelli complessi. La fosforilazione è una reazione chimica che aggiunge un gruppo fosfato costituito da un atomo di fosforo e quattro atomi di ossigeno a una molecola organica come una proteina. Il fosfato ha una carica elettrica negativa. La fosforilazione modifica la conformazione di una proteina. Il processo è solitamente reversibile; una proteina può essere fosforilata o defosforilata, analogamente a capovolgere un bit di computer tra zero e uno.
Meccanismo
Solo pochi amminoacidi possono accettare un gruppo fosfato. La forte carica negativa su un gruppo fosfato cambia il modo in cui una proteina è modellata e come interagisce con l'acqua. Una proteina che normalmente non interagisce con l'acqua diventa idrofila, amica dell'acqua, quando viene fosforilata. Questo cambiamento si traduce in modifiche alle proprietà fisiche e biochimiche di una proteina. Una chinasi è un tipo di enzima che trasferisce un fosfato da una molecola ad alta energia a un'altra sostanza, come una proteina. Gli scienziati hanno identificato centinaia di chinasi che trasferiscono i fosfati a proteine specifiche.
Attività enzimatica
Il cambiamento conformazionale di un enzima causato dall'aggiunta di uno o più gruppi fosfato può attivare o inibire l'enzima. Ad esempio, la fosforilazione dell'enzima glicogeno sintetasi modifica la forma dell'enzima e ne riduce l'attività. L'enzima catalizza la conversione del piccolo zucchero, il glucosio, nel glicogeno dell'amido a catena lunga. L'agente fosforilante è la glicogeno sintetasi chinasi 3, o GSK-3, che può aggiungere un gruppo fosfato agli amminoacidi serina e treonina. In questo esempio, GSK-3 aggiunge gruppi di fosfati agli ultimi tre amminoacidi serina della glicogeno sintetasi, rendendo difficile l'interazione dell'enzima con il glucosio.
Recettori
I recettori sono proteine all'interno di una cellula che rispondono ai segnali dall'esterno della cellula. La fosforilazione può inibire o attivare i recettori. Ad esempio, il recettore alfa degli estrogeni, o ERA, è una proteina che si attiva quando l'ormone estrogeno entra nella cellula. L'ERA è un fattore di trascrizione: l'ERA attivato può legarsi al DNA, o acido desossiribonucleico, nei cromosomi e influenzare se geni specifici saranno espressi come proteine. Tuttavia, l'ERA può legarsi al DNA solo se viene prima fosforilata. Una volta che l'ERA è stato attivato e fosforilato, può potenziare la trascrizione del DNA, stimolando così la produzione di alcune proteine.