Како фосфорилација утиче на активност протеина?

Протеини су ћелијски радни коњи. Као ензими, катализују биохемијске реакције. Протеини такође делују као рецептори који се везују за друге супстанце и контролишу активност ћелија. Као део хормона, протеини могу иницирати или потиснути главне ћелијске активности, попут секреције. Ћелија користи фосфорилацију као прекидач за укључивање или искључивање активности протеина.

Протеини су молекули са аминокиселинском окосницом и, обично, једном или више бочних група. Електричне силе на атоме протеина дају му тродимензионални облик или конформацију, која може укључивати сложене наборе и прстенове. Фосфорилација је хемијска реакција која органском молекулу као што је протеин додаје фосфатну групу која се састоји од једног фосфорног атома и четири атома кисеоника. Фосфат има негативан електрични набој. Фосфорилација мења конформацију протеина. Процес је обично реверзибилан; протеин може бити фосфорилиран или дефосфорилиран, аналогно окретању рачунарског бита између нуле и један.

Само неколико аминокиселина може прихватити фосфатну групу. Снажно негативно наелектрисање на фосфатној групи мења начин на који протеин обликује и интеракцију са водом. Протеин који обично не ступа у интеракцију са водом постаће хидрофилни и водопријазан када се фосфорилује. Ова промена резултира модификацијама физичких и биохемијских својстава протеина. Киназа је врста ензима који преноси фосфат из молекула високе енергије у другу супстанцу, као што је протеин. Научници су идентификовали стотине киназа које преносе фосфате у одређене протеине.

Конформациона промена ензима узрокована додавањем једне или више фосфатних група може ензим активирати или инхибирати. На пример, фосфорилација ензима гликоген синтетазе мења облик ензима и смањује његову активност. Ензим катализује конверзију малог шећера, глукозе, у гликоген скроба дугог ланца. Средство за фосфорилацију је гликоген синтетаза киназа 3 или ГСК-3, која аминокиселинама серину и треонину може додати фосфатну групу. У овом примеру, ГСК-3 додаје фосфатне групе у последње три серинске аминокиселине гликоген синтетазе, што отежава интеракцију ензима са глукозом.

Рецептори су протеини унутар ћелије који реагују на сигнале изван ћелије. Фосфорилација може инхибирати или активирати рецепторе. На пример, рецептор за естроген алфа или ЕРА је протеин који се активира када хормон естроген уђе у ћелију. ЕРА је фактор транскрипције - активирани ЕРА може се везати за ДНК или деоксирибонуклеинску киселину у хромозомима и утицати на то да ли ће се специфични гени изразити као протеини. Међутим, ЕРА се може везати за ДНК само ако је прво фосфорилисана. Једном када се ЕРА активира и фосфорилује, може побољшати транскрипцију ДНК, стимулишући на тај начин производњу одређених протеина.