ฟอสฟอรีเลชั่นมีผลต่อกิจกรรมของโปรตีนอย่างไร?

โปรตีนเป็นตัวกระตุ้นการทำงานของเซลล์ ในฐานะที่เป็นเอนไซม์ พวกมันกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมี โปรตีนยังทำหน้าที่เป็นตัวรับซึ่งจับกับสารอื่นๆ และควบคุมการทำงานของเซลล์ ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของฮอร์โมน โปรตีนสามารถเริ่มต้นหรือระงับกิจกรรมของเซลล์ที่สำคัญ เช่น การหลั่ง เซลล์ใช้ฟอสโฟรีเลชั่นเป็นสวิตช์เพื่อเปิดหรือปิดการทำงานของโปรตีน

โปรตีนเป็นโมเลกุลที่มีกระดูกสันหลังของกรดอะมิโนและโดยปกติ กลุ่มข้างหนึ่งหรือหลายกลุ่ม แรงไฟฟ้าบนอะตอมของโปรตีนทำให้มีรูปร่างหรือโครงสร้างสามมิติ ซึ่งอาจรวมถึงการพับและวงแหวนที่ซับซ้อน ฟอสฟอรีเลชันเป็นปฏิกิริยาเคมีที่เพิ่มกลุ่มฟอสเฟตที่ประกอบด้วยอะตอมของฟอสฟอรัส 1 อะตอมและออกซิเจน 4 อะตอมลงในโมเลกุลอินทรีย์ เช่น โปรตีน ฟอสเฟตมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ ฟอสฟอรีเลชั่นเปลี่ยนโครงสร้างของโปรตีน กระบวนการนี้มักจะย้อนกลับได้ โปรตีนสามารถเป็นฟอสโฟรีเลตหรือดีฟอสโฟรีเลตได้ คล้ายกับการพลิกบิตคอมพิวเตอร์ระหว่างศูนย์ถึงหนึ่ง

มีกรดอะมิโนเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นที่สามารถรับหมู่ฟอสเฟตได้ ประจุลบที่รุนแรงในกลุ่มฟอสเฟตจะเปลี่ยนรูปแบบโปรตีนและปฏิกิริยากับน้ำ โปรตีนที่ปกติแล้วจะไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำจะกลายเป็นที่ชอบน้ำและเป็นมิตรกับน้ำเมื่อได้รับฟอสโฟรีเลต การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลให้เกิดการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติทางกายภาพและทางชีวเคมีของโปรตีน ไคเนสเป็นเอนไซม์ชนิดหนึ่งที่ถ่ายโอนฟอสเฟตจากโมเลกุลพลังงานสูงไปยังสารอื่น เช่น โปรตีน นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุไคเนสหลายร้อยชนิดที่ถ่ายโอนฟอสเฟตไปยังโปรตีนจำเพาะ

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเอนไซม์ที่เกิดจากการเติมหมู่ฟอสเฟตตั้งแต่หนึ่งกลุ่มขึ้นไปสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งเอนไซม์ได้ ตัวอย่างเช่น ฟอสโฟรีเลชันของเอนไซม์ไกลโคเจนสังเคราะห์จะเปลี่ยนรูปร่างของเอนไซม์และลดการทำงานของเอนไซม์ เอนไซม์กระตุ้นการเปลี่ยนน้ำตาลขนาดเล็ก กลูโคส เป็นไกลโคเจนของแป้งสายยาว สารฟอสโฟรีเลตติ้งคือไกลโคเจน synthetase ไคเนส 3 หรือ GSK-3 ซึ่งสามารถเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตให้กับกรดอะมิโนซีรีนและทรีโอนีน ในตัวอย่างนี้ GSK-3 เพิ่มกลุ่มฟอสเฟตลงในกรดอะมิโนซีรีนสามตัวสุดท้ายของการสังเคราะห์ไกลโคเจน ซึ่งทำให้เอนไซม์ทำปฏิกิริยากับกลูโคสได้ยาก

ตัวรับคือโปรตีนภายในเซลล์ที่ตอบสนองต่อสัญญาณจากภายนอกเซลล์ ฟอสฟอรีเลชั่นสามารถยับยั้งหรือกระตุ้นตัวรับ ตัวอย่างเช่น เอสโตรเจนรีเซพเตอร์อัลฟาหรือ ERA เป็นโปรตีนที่กระตุ้นเมื่อฮอร์โมนเอสโตรเจนเข้าสู่เซลล์ ERA เป็นปัจจัยการถอดรหัส -- ERA ที่กระตุ้นสามารถจับกับ DNA หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกในโครโมโซม และมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนที่เฉพาะเจาะจงว่าเป็นโปรตีนหรือไม่ อย่างไรก็ตาม ERA สามารถจับกับ DNA ได้ก็ต่อเมื่อถูกฟอสโฟรีเลตเป็นครั้งแรก เมื่อ ERA ถูกกระตุ้นและเติมฟอสโฟรีเลตแล้ว จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการถอดรหัส DNA ซึ่งจะช่วยกระตุ้นการผลิตโปรตีนบางชนิด