Jak fosforylacja wpływa na aktywność białek?

Białka to komórkowe konie robocze. Jako enzymy katalizują reakcje biochemiczne. Białka działają również jako receptory, które wiążą się z innymi substancjami i kontrolują aktywność komórek. Jako część hormonu, białka mogą inicjować lub tłumić główne czynności komórkowe, takie jak sekrecja. Komórka wykorzystuje fosforylację jako przełącznik do włączania lub wyłączania aktywności białka.

Białka są cząsteczkami ze szkieletem aminokwasowym i zwykle jedną lub większą liczbą grup bocznych. Siły elektryczne działające na atomy białka nadają mu trójwymiarowy kształt lub konformację, która może obejmować złożone fałdy i pierścienie. Fosforylacja to reakcja chemiczna, która dodaje grupę fosforanową składającą się z jednego atomu fosforu i czterech atomów tlenu do cząsteczki organicznej, takiej jak białko. Fosforan ma ujemny ładunek elektryczny. Fosforylacja zmienia konformację białka. Proces jest zwykle odwracalny; białko może być fosforylowane lub defosforylowane, analogicznie do zmiany bitu komputera między zerem a jedynką.

Tylko kilka aminokwasów może przyjąć grupę fosforanową. Silny ładunek ujemny na grupie fosforanowej zmienia sposób, w jaki białko jest ukształtowane i jak oddziałuje z wodą. Białko, które normalnie nie wchodzi w interakcję z wodą, stanie się hydrofilowe, przyjazne dla wody po ufosforylowaniu. Ta zmiana powoduje modyfikacje właściwości fizycznych i biochemicznych białka. Kinaza to rodzaj enzymu, który przenosi fosforan z cząsteczki o wysokiej energii do innej substancji, takiej jak białko. Naukowcy zidentyfikowali setki kinaz, które przenoszą fosforany do określonych białek.

Zmiana konformacyjna enzymu spowodowana dodaniem jednej lub więcej grup fosforanowych może aktywować lub hamować enzym. Na przykład fosforylacja enzymu syntetazy glikogenu zmienia kształt enzymu i zmniejsza jego aktywność. Enzym katalizuje konwersję małego cukru, glukozy, do długołańcuchowego glikogenu skrobi. Czynnikiem fosforylującym jest kinaza 3 syntetazy glikogenu lub GSK-3, która może dodawać grupę fosforanową do aminokwasów seryny i treoniny. W tym przykładzie GSK-3 dodaje grupy fosforanowe do ostatnich trzech aminokwasów serynowych syntetazy glikogenu, utrudniając interakcję enzymu z glukozą.

Receptory to białka wewnątrz komórki, które reagują na sygnały z zewnątrz komórki. Fosforylacja może hamować lub aktywować receptory. Na przykład receptor alfa estrogenu lub ERA jest białkiem, które jest aktywowane, gdy hormon estrogen wnika do komórki. ERA jest czynnikiem transkrypcyjnym — aktywowany ERA może wiązać się z DNA lub kwasem dezoksyrybonukleinowym w chromosomach i wpływać na to, czy określone geny będą wyrażane jako białka. Jednak ERA może wiązać się z DNA tylko wtedy, gdy zostanie najpierw ufosforylowany. Po aktywacji i fosforylacji ERA może wzmacniać transkrypcję DNA, stymulując w ten sposób produkcję niektórych białek.