Как фосфорилирование влияет на активность белков?

Белки - клеточные рабочие лошадки. Как ферменты, они катализируют биохимические реакции. Белки также действуют как рецепторы, которые связываются с другими веществами и контролируют активность клеток. В составе гормона белки могут инициировать или подавлять основные клеточные активности, такие как секреция. Клетка использует фосфорилирование как переключатель для включения или выключения активности белка.

Белки - это молекулы с аминокислотным остовом и, как правило, с одной или несколькими боковыми группами. Электрические силы, действующие на атомы белка, придают ему трехмерную форму или конформацию, которая может включать сложные складки и кольца. Фосфорилирование - это химическая реакция, которая добавляет фосфатную группу, состоящую из одного атома фосфора и четырех атомов кислорода, к органической молекуле, такой как белок. Фосфат имеет отрицательный электрический заряд. Фосфорилирование изменяет конформацию белка. Процесс обычно обратимый; белок может быть фосфорилирован или дефосфорилирован, аналогично переворачиванию компьютерного бита между нулем и единицей.

Только некоторые аминокислоты могут принимать фосфатную группу. Сильный отрицательный заряд фосфатной группы меняет форму белка и его взаимодействие с водой. Белок, который обычно не взаимодействует с водой, при фосфорилировании становится гидрофильным и безопасным для воды. Это изменение приводит к модификации физических и биохимических свойств белка. Киназа - это тип фермента, который переносит фосфат от высокоэнергетической молекулы к другому веществу, например к белку. Ученые идентифицировали сотни киназ, которые переносят фосфаты на определенные белки.

Конформационное изменение фермента, вызванное добавлением одной или нескольких фосфатных групп, может активировать или ингибировать фермент. Например, фосфорилирование фермента гликоген синтетазы изменяет форму фермента и снижает его активность. Фермент катализирует превращение мелкого сахара, глюкозы, в длинноцепочечный крахмальный гликоген. Фосфорилирующим агентом является киназа гликоген синтетазы 3 или GSK-3, которая может добавлять фосфатную группу к аминокислотам серину и треонину. В этом примере GSK-3 добавляет фосфатные группы к последним трем сериновым аминокислотам гликоген синтетазы, затрудняя взаимодействие фермента с глюкозой.

Рецепторы - это белки внутри клетки, которые отвечают на сигналы извне клетки. Фосфорилирование может ингибировать или активировать рецепторы. Например, рецептор эстрогена альфа, или ERA, представляет собой белок, который активируется, когда гормон эстроген попадает в клетку. ERA - это фактор транскрипции - активированный ERA может связываться с ДНК или дезоксирибонуклеиновой кислотой в хромосомах и влиять на то, будут ли определенные гены экспрессироваться в виде белков. Однако ERA может связываться с ДНК только в том случае, если она сначала фосфорилируется. После активации и фосфорилирования ERA может усилить транскрипцию ДНК, тем самым стимулируя выработку определенных белков.