Kaip fosforilinimas veikia baltymų veiklą?

Baltymai yra koriniai darbiniai arkliai. Kaip fermentai, jie katalizuoja biochemines reakcijas. Baltymai taip pat veikia kaip receptoriai, kurie jungiasi su kitomis medžiagomis ir kontroliuoja ląstelių aktyvumą. Būdami hormono dalimi, baltymai gali inicijuoti arba slopinti pagrindinę ląstelių veiklą, pavyzdžiui, sekreciją. Ląstelė naudoja fosforilinimą kaip jungiklį, kad įjungtų arba išjungtų baltymų aktyvumą.

Baltymai yra molekulės, turinčios aminorūgščių pagrindą ir paprastai vieną ar daugiau šoninių grupių. Elektrinės jėgos, veikiančios baltymo atomus, suteikia jam trimatę formą arba konformaciją, kuri gali apimti sudėtingas klostes ir žiedus. Fosforilinimas yra cheminė reakcija, prie kurios organinės molekulės, pavyzdžiui, baltymo, pridedama fosfatų grupė, susidedanti iš vieno fosforo atomo ir keturių deguonies atomų. Fosfatas turi neigiamą elektros krūvį. Fosforilinimas keičia baltymo konformaciją. Paprastai procesas yra grįžtamasis; baltymai gali būti fosforilinti arba defosforilinti, panašiai kaip kompiuterio bitų vartymas tarp nulio ir vieno.

Tik kelios amino rūgštys gali priimti fosfatų grupę. Stiprus neigiamas fosfatų grupės krūvis keičia baltymo formą ir sąveiką su vandeniu. Baltymai, kurie paprastai nesąveikauja su vandeniu, fosforilinami taps hidrofiliški, draugiški vandeniui. Šis pokytis lemia baltymo fizinių ir biocheminių savybių modifikavimą. Kinazė yra fermento rūšis, perduodanti fosfatą iš didelės energijos molekulės į kitą medžiagą, pavyzdžiui, baltymą. Mokslininkai nustatė šimtus kinazių, kurios fosfatus perneša į specifinius baltymus.

Konformacinis fermento pokytis, kurį sukelia vienos ar daugiau fosfatų grupių pridėjimas, gali aktyvinti arba slopinti fermentą. Pavyzdžiui, fosforilinant fermentą glikogeno sintetazę, keičiasi fermento forma ir sumažėja jo aktyvumas. Fermentas katalizuoja mažojo cukraus - gliukozės - virtimą ilgos grandinės krakmolo glikogenu. Fosforilinantis agentas yra glikogeno sintetazės kinazė 3 arba GSK-3, kuri gali pridėti fosfato grupę prie aminorūgščių serino ir treonino. Šiame pavyzdyje GSK-3 prie paskutinių trijų glikogeno sintetazės serino aminorūgščių prideda fosfatų grupes, todėl fermentui sunku sąveikauti su gliukoze.

Receptoriai yra baltymai ląstelės viduje, reaguojantys į signalus iš ląstelės išorės. Fosforilinimas gali slopinti arba suaktyvinti receptorius. Pavyzdžiui, estrogeno receptoriaus alfa arba ERA yra baltymas, kuris aktyvuojamas, kai hormonas estrogenas patenka į ląstelę. ERA yra transkripcijos faktorius - aktyvuota ERA gali prisijungti prie DNR arba dezoksiribonukleino rūgšties chromosomose ir paveikti, ar konkretūs genai bus išreikšti kaip baltymai. Tačiau ERA gali prisijungti prie DNR tik tada, kai ji pirmiausia fosforilinama. Kai ERA bus suaktyvinta ir fosforilinta, ji gali sustiprinti DNR transkripciją, taip stimuliuodama tam tikrų baltymų gamybą.