Hvordan påvirker fosforylering proteinaktivitet?

Proteiner er cellulære arbeidshester. Som enzymer katalyserer de biokjemiske reaksjoner. Proteiner fungerer også som reseptorer som binder seg med andre stoffer og kontrollerer celleaktivitet. Som en del av et hormon kan proteiner initiere eller undertrykke store mobilaktiviteter, som sekresjon. En celle bruker fosforylering som en bryter for å slå proteinaktivitet på eller av.

Proteiner er molekyler med en aminosyre-ryggrad og vanligvis en eller flere sidegrupper. De elektriske kreftene på et proteins atomer gir det en tredimensjonal form, eller konformasjon, som kan inkludere komplekse folder og ringer. Fosforylering er en kjemisk reaksjon som tilfører en fosfatgruppe bestående av ett fosforatom og fire oksygenatomer til et organisk molekyl som et protein. Fosfat har en negativ elektrisk ladning. Fosforylering endrer konformasjonen av et protein. Prosessen er vanligvis reversibel; et protein kan fosforyleres eller defosforyleres, analogt med å vende en datamaskinbit mellom null og en.

Bare noen få aminosyrer kan akseptere en fosfatgruppe. Den sterke negative ladningen på en fosfatgruppe endrer måten et protein er formet på og hvordan det samhandler med vann. Et protein som normalt ikke samhandler med vann, blir hydrofilt, vannvennlig når det er fosforylert. Denne endringen resulterer i modifikasjoner av et proteins fysiske og biokjemiske egenskaper. En kinase er en type enzym som overfører et fosfat fra et høyenergimolekyl til et annet stoff, for eksempel et protein. Forskere har identifisert hundrevis av kinaser som overfører fosfater til spesifikke proteiner.

Konformasjonsendringen til et enzym forårsaket av tilsetning av en eller flere fosfatgrupper kan aktivere eller hemme enzymet. For eksempel endrer fosforylering av enzymet glykogensyntetase enzymets form og reduserer dets aktivitet. Enzymet katalyserer omdannelsen av lite sukker, glukose, til langkjedet stivelsesglykogen. Fosforyleringsmidlet er glykogensyntetasekinase 3, eller GSK-3, som kan tilsette en fosfatgruppe til aminosyrene serin og treonin. I dette eksemplet legger GSK-3 fosfatgrupper til de tre siste serinaminosyrene i glykogensyntetase, noe som gjør det vanskelig for enzymet å samhandle med glukose.

Reseptorer er proteiner inne i en celle som reagerer på signaler fra utsiden av cellen. Fosforylering kan hemme eller aktivere reseptorer. For eksempel er østrogenreseptor alfa, eller ERA, et protein som aktiveres når hormonet østrogen kommer inn i cellen. ERA er en transkripsjonsfaktor - aktivert ERA kan binde seg til DNA, eller deoksyribonukleinsyre, i kromosomer og påvirke om spesifikke gener vil bli uttrykt som proteiner. Imidlertid kan ERA bare binde seg til DNA hvis det først fosforyleres. Når ERA er aktivert og fosforylert, kan den forbedre DNA-transkripsjon, og dermed stimulere produksjonen av visse proteiner.