Kā fosforilēšana ietekmē olbaltumvielu darbību?

Olbaltumvielas ir šūnu darba zirgi. Kā fermenti tie katalizē bioķīmiskās reakcijas. Olbaltumvielas darbojas arī kā receptori, kas saistās ar citām vielām un kontrolē šūnu aktivitāti. Kā daļa no hormona olbaltumvielas var sākt vai nomākt galvenās šūnu aktivitātes, piemēram, sekrēciju. Šūna izmanto fosforilēšanu kā slēdzi, lai ieslēgtu vai izslēgtu olbaltumvielu aktivitāti.

Olbaltumvielas ir molekulas ar aminoskābju mugurkaulu un parasti ar vienu vai vairākām sānu grupām. Elektriskie spēki uz olbaltumvielu atomiem piešķir tam trīsdimensiju formu jeb konformāciju, kas var ietvert sarežģītas krokas un gredzenus. Fosforilēšana ir ķīmiska reakcija, kas organiskai molekulai, piemēram, olbaltumvielai, pievieno fosfātu grupu, kas sastāv no viena fosfora atoma un četriem skābekļa atomiem. Fosfātam ir negatīva elektriskā lādiņa. Fosforilēšana maina olbaltumvielu konformāciju. Process parasti ir atgriezenisks; olbaltumvielu var fosforilēt vai defosforilēt, līdzīgi kā datora bitu pagriežot starp nulli un vienu.

Tikai dažas aminoskābes var pieņemt fosfātu grupu. Spēcīgais negatīvais lādiņš fosfātu grupā maina olbaltumvielu formu un mijiedarbību ar ūdeni. Olbaltumviela, kas parasti nesadarbojas ar ūdeni, fosforilējoties kļūs hidrofila, ūdenim draudzīga. Šīs izmaiņas izraisa olbaltumvielu fizikālo un bioķīmisko īpašību izmaiņas. Kināze ir fermenta veids, kas fosfātu no augstas enerģijas molekulas pārnes uz citu vielu, piemēram, olbaltumvielu. Zinātnieki ir identificējuši simtiem kināžu, kas fosfātus pārnes uz specifiskiem proteīniem.

Konformācijas izmaiņas fermentā, ko izraisa vienas vai vairāku fosfātu grupu pievienošana, var aktivizēt vai inhibēt fermentu. Piemēram, fermenta glikogēna sintetāzes fosforilēšana maina fermenta formu un samazina tā aktivitāti. Ferments katalizē mazā cukura, glikozes, pārveidošanos par garās ķēdes cietes glikogēnu. Fosforilējošais līdzeklis ir glikogēna sintetāzes kināze 3 vai GSK-3, kas var pievienot fosfāta grupu serīna un treonīna aminoskābēm. Šajā piemērā GSK-3 pievieno fosfātu grupas pēdējām trim glikogēna sintetāzes serīna aminoskābēm, tādējādi fermentam apgrūtinot mijiedarbību ar glikozi.

Receptori ir olbaltumvielas šūnā, kas reaģē uz signāliem no šūnas ārpusē. Fosforilēšana var inhibēt vai aktivizēt receptorus. Piemēram, estrogēna receptora alfa jeb ERA ir olbaltumviela, kas tiek aktivizēta, kad hormons estrogēns nonāk šūnā. ERA ir transkripcijas faktors - aktivēta ERA var saistīties ar DNS vai dezoksiribonukleīnskābi hromosomās un ietekmēt, vai specifiskie gēni tiks izteikti kā olbaltumvielas. Tomēr ERA var saistīties ar DNS tikai tad, ja tā vispirms tiek fosforilēta. Kad ERA ir aktivizēta un fosforilēta, tā var uzlabot DNS transkripciju, tādējādi stimulējot noteiktu olbaltumvielu ražošanu.