כיצד זרחון משפיע על פעילות החלבון?

חלבונים הם סוסי עבודה תאיים. כאנזימים הם מזרזים תגובות ביוכימיות. חלבונים משמשים גם כקולטנים הנקשרים עם חומרים אחרים ושולטים בפעילות התאים. כחלק מהורמון, חלבונים יכולים ליזום או לדכא פעילויות תאיות גדולות, כגון הפרשה. תא משתמש בזרחן כמתג להפעלה או כיבוי של פעילות חלבונים.

חלבונים הם מולקולות בעלות עמוד שדרה של חומצות אמינו, ובדרך כלל קבוצה צדדית אחת או יותר. הכוחות החשמליים על אטומי החלבון מעניקים לו צורה תלת מימדית, או קונפורמציה, שיכולים לכלול קפלים מורכבים וטבעות. זרחון היא תגובה כימית המוסיפה קבוצת פוספט המורכבת מאטום זרחני אחד וארבעה אטומי חמצן למולקולה אורגנית כמו חלבון. לפוספט יש מטען חשמלי שלילי. זרחון משנה את קונפורמציית החלבון. התהליך בדרך כלל הפיך; חלבון יכול להיות זרחני או דה-זרחני, מקביל לדפדוף קצת במחשב בין אפס לאחד.

רק כמה חומצות אמינו יכולות לקבל קבוצת פוספט. המטען השלילי החזק בקבוצת פוספט משנה את האופן שבו חלבון מעוצב ואיך שהוא מקיים אינטראקציה עם מים. חלבון שבדרך כלל אינו מקיים אינטראקציה עם מים יהפוך להידרופילי, ידידותי למים כאשר הוא זרחן. שינוי זה מביא לשינויים בתכונות הפיזיקליות והביוכימיות של החלבון. קינאז הוא סוג של אנזים המעביר פוספט ממולקולת אנרגיה גבוהה לחומר אחר, כגון חלבון. מדענים זיהו מאות קינאזות המעבירות פוספטים לחלבונים ספציפיים.

השינוי הקונפורמטיבי לאנזים הנגרם על ידי תוספת של קבוצה אחת או יותר של פוספט יכול להפעיל או לעכב את האנזים. לדוגמא, זרחון של האנזים גליקוגן סינתזה משנה את צורת האנזים ומפחית את פעילותו. האנזים מזרז את ההמרה של הסוכר הקטן, הגלוקוז, לגליקוגן העמילן הארוך. הסוכן הזרחני הוא גליקוגן סינטטאז קינאז 3, או GSK-3, שיכול להוסיף קבוצת פוספט לחומצות האמינו סרין ותריאונין. בדוגמה זו, GSK-3 מוסיף קבוצות פוספטים לשלוש חומצות האמינו הסריניות האחרונות של גליקוגן סינטטאז, מה שמקשה על האנזים לקיים אינטראקציה עם גלוקוז.

קולטנים הם חלבונים בתוך תא המגיבים לאותות מחוץ לתא. זרחון יכול לעכב או להפעיל קולטנים. לדוגמא, קולטן אסטרוגן אלפא, או ERA, הוא חלבון המופעל כאשר הורמון האסטרוגן נכנס לתא. ERA הוא גורם שעתוק - ERA מופעל יכול להיקשר ל- DNA, או לחומצה דה-אוקסריבונוקלאית, בכרומוזומים ולהשפיע אם גנים ספציפיים יבואו לידי ביטוי כחלבונים. עם זאת, ERA יכול להיקשר ל- DNA רק אם הוא זרחן לראשונה. לאחר שה- ERA הופעל וזרחן, הוא יכול לשפר את תעתיק ה- DNA ובכך לעורר ייצור של חלבונים מסוימים.