Proteinele sunt cai de lucru celulari. Ca enzime, ele catalizează reacțiile biochimice. Proteinele acționează și ca receptori care se leagă de alte substanțe și controlează activitatea celulelor. Ca parte a unui hormon, proteinele pot iniția sau suprima activități celulare majore, cum ar fi secreția. O celulă folosește fosforilarea ca un comutator pentru a activa sau dezactiva activitatea proteinelor.
Fosfați și proteine
Proteinele sunt molecule cu o coloană vertebrală de aminoacizi și, de obicei, una sau mai multe grupe laterale. Forțele electrice de pe atomii unei proteine îi conferă o formă sau o conformație tridimensională, care poate include pliuri și inele complexe. Fosforilarea este o reacție chimică care adaugă o grupă fosfat formată dintr-un atom de fosfor și patru atomi de oxigen la o moleculă organică, cum ar fi o proteină. Fosfatul are o sarcină electrică negativă. Fosforilarea modifică conformația unei proteine. Procesul este de obicei reversibil; o proteină poate fi fosforilată sau defosforilată, similar cu răsucirea unui bit de computer între zero și unu.
Mecanism
Doar câțiva aminoacizi pot accepta o grupare fosfat. Încărcarea negativă puternică a unui grup fosfat modifică modul în care este protejată o proteină și modul în care interacționează cu apa. O proteină care în mod normal nu interacționează cu apa va deveni hidrofilă, prietenoasă cu apa, atunci când este fosforilată. Această modificare duce la modificări ale proprietăților fizice și biochimice ale unei proteine. O kinază este un tip de enzimă care transferă un fosfat de la o moleculă cu energie ridicată la o altă substanță, cum ar fi o proteină. Oamenii de știință au identificat sute de kinaze care transferă fosfați la anumite proteine.
Activitatea enzimatică
Schimbarea conformațională la o enzimă cauzată de adăugarea uneia sau mai multor grupări fosfat poate activa sau inhiba enzima. De exemplu, fosforilarea enzimei glicogen sintetaza modifică forma enzimei și reduce activitatea acesteia. Enzima catalizează conversia zahărului mic, glucoza, în glicogenul amidon cu lanț lung. Agentul de fosforilare este glicogen sintetaza kinaza 3 sau GSK-3, care poate adăuga o grupare fosfat la aminoacizii serină și treonină. În acest exemplu, GSK-3 adaugă grupări fosfați la ultimii trei aminoacizi serinici ai glicogenului sintetază, ceea ce face dificilă interacțiunea enzimei cu glucoza.
Receptorii
Receptorii sunt proteine din interiorul unei celule care răspund la semnalele din afara celulei. Fosforilarea poate inhiba sau activa receptorii. De exemplu, receptorul de estrogen alfa sau ERA este o proteină care se activează atunci când hormonul estrogen intră în celulă. ERA este un factor de transcripție - ERA activat se poate lega de ADN sau de acid dezoxiribonucleic în cromozomi și influențează dacă genele specifice vor fi exprimate ca proteine. Cu toate acestea, ERA se poate lega de ADN numai dacă este fosforilat pentru prima dată. Odată ce ERA a fost activată și fosforilată, poate spori transcrierea ADN-ului, stimulând astfel producerea anumitor proteine.