Ako ovplyvňuje fosforylácia aktivitu proteínov?

Bielkoviny sú bunkové pracovné kone. Ako enzýmy katalyzujú biochemické reakcie. Bielkoviny tiež pôsobia ako receptory, ktoré sa viažu s inými látkami a riadia bunkovú aktivitu. Ako súčasť hormónu môžu proteíny iniciovať alebo potláčať hlavné bunkové aktivity, ako je sekrécia. Bunka používa fosforyláciu ako prepínač na zapnutie alebo vypnutie aktivity proteínov.

Proteíny sú molekuly s aminokyselinovým hlavným reťazcom a zvyčajne s jednou alebo viacerými vedľajšími skupinami. Elektrické sily na atómoch proteínu mu dávajú trojrozmerný tvar alebo konformáciu, ktorá môže zahŕňať zložité záhyby a krúžky. Fosforylácia je chemická reakcia, ktorá pridáva fosfátovú skupinu pozostávajúcu z jedného atómu fosforu a štyroch atómov kyslíka k organickej molekule, ako je napríklad proteín. Fosfát má negatívny elektrický náboj. Fosforylácia mení konformáciu proteínu. Proces je zvyčajne reverzibilný; proteín môže byť fosforylovaný alebo defosforylovaný, analogicky ako pri preklopení počítačového bitu z nuly na jednu.

Iba niekoľko aminokyselín dokáže prijať fosfátovú skupinu. Silný negatívny náboj na fosfátovej skupine mení spôsob, akým je proteín formovaný a ako interaguje s vodou. Proteín, ktorý za normálnych okolností neinteraguje s vodou, sa stane hydrofilným a voči vode prijateľným, ak bude fosforylovaný. Táto zmena vedie k modifikáciám fyzikálnych a biochemických vlastností proteínu. Kináza je typ enzýmu, ktorý prenáša fosfát z vysokoenergetickej molekuly na inú látku, napríklad na proteín. Vedci identifikovali stovky kináz, ktoré prenášajú fosfáty na špecifické proteíny.

Konformačná zmena na enzým spôsobená pridaním jednej alebo viacerých fosfátových skupín môže enzým aktivovať alebo inhibovať. Napríklad fosforylácia enzýmu glykogénsyntetáza mení tvar enzýmu a znižuje jeho aktivitu. Enzým katalyzuje premenu malého cukru, glukózy, na škrobový glykogén s dlhým reťazcom. Fosforylačným činidlom je glykogén syntetáza kináza 3 alebo GSK-3, ktoré môžu pridať fosfátovú skupinu k aminokyselinám serínu a treonínu. V tomto príklade GSK-3 pridáva fosfátové skupiny k posledným trom serínovým aminokyselinám glykogénsyntetázy, čo sťažuje interakciu enzýmu s glukózou.

Receptory sú proteíny vo vnútri bunky, ktoré reagujú na signály zvonku bunky. Fosforylácia môže inhibovať alebo aktivovať receptory. Napríklad estrogénový receptor alfa alebo ERA je proteín, ktorý sa aktivuje, keď hormón estrogén vstúpi do bunky. ERA je transkripčný faktor - aktivovaná ERA sa môže viazať na DNA alebo kyselinu deoxyribonukleovú v chromozómoch a ovplyvňovať, či budú špecifické gény exprimované ako proteíny. ERA sa však môže viazať na DNA, iba ak je najskôr fosforylovaná. Len čo je ERA aktivovaná a fosforylovaná, môže zvýšiť transkripciu DNA, a tým stimulovať produkciu určitých proteínov.