Hur påverkar fosforylering proteinaktivitet?

Proteiner är cellulära arbetshästar. Som enzymer katalyserar de biokemiska reaktioner. Proteiner fungerar också som receptorer som binder till andra ämnen och kontrollerar cellaktivitet. Som en del av ett hormon kan proteiner initiera eller undertrycka större cellulära aktiviteter, såsom utsöndring. En cell använder fosforylering som en omkopplare för att slå på eller av proteinaktivitet.

Proteiner är molekyler med en aminosyraruta och vanligtvis en eller flera sidogrupper. De elektriska krafterna på ett proteins atomer ger det en tredimensionell form, eller konformation, som kan inkludera komplexa veck och ringar. Fosforylering är en kemisk reaktion som adderar en fosfatgrupp bestående av en fosforatom och fyra syreatomer till en organisk molekyl såsom ett protein. Fosfat har en negativ elektrisk laddning. Fosforylering förändrar proteinets konformation. Processen är vanligtvis reversibel; ett protein kan fosforyleras eller defosforyleras, analogt med att vända en datorbit mellan noll och en.

Endast ett fåtal aminosyror kan acceptera en fosfatgrupp. Den starka negativa laddningen på en fosfatgrupp förändrar hur ett protein formas och hur det interagerar med vatten. Ett protein som normalt inte interagerar med vatten blir hydrofilt, vattenvänligt när det fosforyleras. Denna förändring resulterar i modifieringar av ett proteins fysiska och biokemiska egenskaper. Ett kinas är en typ av enzym som överför ett fosfat från en högenergimolekyl till ett annat ämne, såsom ett protein. Forskare har identifierat hundratals kinaser som överför fosfater till specifika proteiner.

Konformationsförändringen till ett enzym orsakad av tillsatsen av en eller flera fosfatgrupper kan aktivera eller hämma enzymet. Till exempel förändrar fosforylering av enzymet glykogensyntetas enzymets form och minskar dess aktivitet. Enzymet katalyserar omvandlingen av litet socker, glukos, till långkedjigt stärkelseglykogen. Fosforyleringsmedlet är glykogensyntetas-kinas 3 eller GSK-3, som kan tillsätta en fosfatgrupp till aminosyrorna serin och treonin. I detta exempel lägger GSK-3 till fosfatgrupper i de tre sista aminosyrorna i glykogensyntetas, vilket gör det svårt för enzymet att interagera med glukos.

Receptorer är proteiner i en cell som svarar på signaler från utsidan av cellen. Fosforylering kan hämma eller aktivera receptorer. Till exempel är östrogenreceptor alfa, eller ERA, ett protein som aktiveras när hormonet östrogen kommer in i cellen. ERA är en transkriptionsfaktor - aktiverad ERA kan binda till DNA eller deoxiribonukleinsyra i kromosomer och påverka om specifika gener kommer att uttryckas som proteiner. Emellertid kan ERA endast bindas till DNA om det först fosforyleras. När ERA har aktiverats och fosforylerats kan det förbättra DNA-transkription, vilket stimulerar produktionen av vissa proteiner.