Beljakovine so celični delovni konji. Kot encimi katalizirajo biokemične reakcije. Beljakovine delujejo tudi kot receptorji, ki se vežejo z drugimi snovmi in nadzorujejo aktivnost celic. Kot del hormona lahko beljakovine sprožijo ali zavirajo glavne celične aktivnosti, kot je izločanje. Celica uporablja fosforilacijo kot stikalo za vklop ali izklop beljakovinske aktivnosti.
Fosfati in beljakovine
Beljakovine so molekule z aminokislinsko hrbtenico in običajno eno ali več stranskih skupin. Električne sile na atome proteina mu dajo tridimenzionalno obliko ali konformacijo, ki lahko vključuje zapletene gube in obroče. Fosforilacija je kemična reakcija, ki organski molekuli, kot je beljakovina, doda fosfatno skupino, sestavljeno iz enega fosforjevega atoma in štirih atomov kisika. Fosfat ima negativni električni naboj. Fosforilacija spremeni konformacijo beljakovin. Postopek je običajno reverzibilen; protein je lahko fosforiliran ali defosforiliran, podobno kot obračanje bitja računalnika med ničlo in eno.
Mehanizem
Le nekaj aminokislin lahko sprejme fosfatno skupino. Močan negativni naboj na fosfatni skupini spremeni način oblikovanja beljakovin in njihove interakcije z vodo. Beljakovine, ki običajno ne komunicirajo z vodo, postanejo fosforilirane, hidrofilne in vodo prijazne. Ta sprememba povzroči spremembe fizikalnih in biokemičnih lastnosti beljakovin. Kinaza je vrsta encima, ki prenaša fosfat iz visokoenergijske molekule v drugo snov, kot je beljakovina. Znanstveniki so identificirali na stotine kinaz, ki prenašajo fosfate v določene beljakovine.
Encimska aktivnost
Konformacijska sprememba encima, ki jo povzroči dodajanje ene ali več fosfatnih skupin, lahko encim aktivira ali zavre. Na primer, fosforilacija encima glikogen sintetaze spremeni obliko encima in zmanjša njegovo aktivnost. Encim katalizira pretvorbo majhnega sladkorja, glukoze, v dolgoverižni škrobni glikogen. Fosforilirajoče sredstvo je glikogen sintetaza kinaza 3 ali GSK-3, ki lahko aminokislinam serinu in treoninu doda fosfatno skupino. V tem primeru GSK-3 dodaja skupine fosfatov zadnjim trem serinskim aminokislinam glikogen sintetaze, kar otežuje interakcijo encima z glukozo.
Sprejemniki
Receptorji so beljakovine v celici, ki se odzivajo na signale zunaj celice. Fosforilacija lahko zavira ali aktivira receptorje. Na primer, estrogenski receptor alfa ali ERA je protein, ki se aktivira, ko hormon estrogen vstopi v celico. ERA je transkripcijski faktor - aktivirani ERA se lahko veže na DNA ali deoksiribonukleinsko kislino v kromosomih in vpliva na to, ali bodo določeni geni izraženi kot beljakovine. Vendar se lahko ERA na DNA veže le, če je ta najprej fosforiliran. Ko se ERA aktivira in fosforilira, lahko izboljša transkripcijo DNA in tako spodbudi proizvodnjo nekaterih proteinov.