Hoe beïnvloedt fosforylering de eiwitactiviteit?

Eiwitten zijn cellulaire werkpaarden. Als enzymen katalyseren ze biochemische reacties. Eiwitten werken ook als receptoren die zich binden met andere stoffen en de celactiviteit regelen. Als onderdeel van een hormoon kunnen eiwitten belangrijke cellulaire activiteiten, zoals secretie, initiëren of onderdrukken. Een cel gebruikt fosforylering als een schakelaar om eiwitactiviteit in of uit te schakelen.

Eiwitten zijn moleculen met een aminozuurruggengraat en, meestal, een of meer zijgroepen. De elektrische krachten op de atomen van een eiwit geven het een driedimensionale vorm, of conformatie, die complexe vouwen en ringen kan bevatten. Fosforylering is een chemische reactie die een fosfaatgroep, bestaande uit één fosforatoom en vier zuurstofatomen, toevoegt aan een organisch molecuul zoals een eiwit. Fosfaat heeft een negatieve elektrische lading. Fosforylering verandert de conformatie van een eiwit. Het proces is meestal omkeerbaar; een eiwit kan worden gefosforyleerd of gedefosforyleerd, analoog aan het omdraaien van een computerbit tussen nul en één.

Slechts een paar aminozuren kunnen een fosfaatgroep accepteren. De sterke negatieve lading op een fosfaatgroep verandert de manier waarop een eiwit wordt gevormd en hoe het in wisselwerking staat met water. Een eiwit dat normaal geen interactie heeft met water, wordt hydrofiel, watervriendelijk wanneer het wordt gefosforyleerd. Deze verandering resulteert in wijzigingen in de fysieke en biochemische eigenschappen van een eiwit. Een kinase is een type enzym dat een fosfaat van een hoogenergetisch molecuul overbrengt naar een andere stof, zoals een eiwit. Wetenschappers hebben honderden kinasen geïdentificeerd die fosfaten overbrengen naar specifieke eiwitten.

De conformationele verandering in een enzym veroorzaakt door de toevoeging van een of meer fosfaatgroepen kan het enzym activeren of remmen. Fosforylering van het enzym glycogeensynthetase verandert bijvoorbeeld de vorm van het enzym en vermindert de activiteit ervan. Het enzym katalyseert de omzetting van de kleine suiker, glucose, in het zetmeelglycogeen met lange keten. Het fosforylerende middel is glycogeensynthetasekinase 3, of GSK-3, dat een fosfaatgroep kan toevoegen aan de aminozuren serine en threonine. In dit voorbeeld voegt GSK-3 fosfaatgroepen toe aan de laatste drie serine-aminozuren van glycogeensynthetase, waardoor het moeilijk wordt voor het enzym om een ​​interactie aan te gaan met glucose.

Receptoren zijn eiwitten in een cel die reageren op signalen van buiten de cel. Fosforylering kan receptoren remmen of activeren. Bijvoorbeeld, oestrogeenreceptor alfa, of ERA, is een eiwit dat wordt geactiveerd wanneer het hormoon oestrogeen de cel binnenkomt. ERA is een transcriptiefactor -- geactiveerde ERA kan binden aan DNA, of deoxyribonucleïnezuur, in chromosomen en beïnvloeden of specifieke genen als eiwitten tot expressie zullen worden gebracht. ERA kan echter alleen aan DNA binden als het eerst wordt gefosforyleerd. Zodra ERA is geactiveerd en gefosforyleerd, kan het de DNA-transcriptie verbeteren, waardoor de productie van bepaalde eiwitten wordt gestimuleerd.