Білки - це клітинні робочі коні. Як ферменти вони каталізують біохімічні реакції. Білки також діють як рецептори, які зв'язуються з іншими речовинами і контролюють активність клітин. Як частина гормону, білки можуть ініціювати або пригнічувати основні клітинні дії, такі як секреція. Клітина використовує фосфорилювання як перемикач, щоб увімкнути або вимкнути активність білка.
Фосфати та білки
Білки - це молекули з амінокислотним каркасом і, як правило, однією або кількома побічними групами. Електричні сили на атоми білка надають йому тривимірну форму або конформацію, яка може включати складні складки та кільця. Фосфорилювання - це хімічна реакція, яка додає фосфатну групу, що складається з одного атома фосфору та чотирьох атомів кисню, до такої органічної молекули, як білок. Фосфат має негативний електричний заряд. Фосфорилювання змінює конформацію білка. Процес, як правило, оборотний; білок може бути фосфорильований або дефосфорильований, аналогічно перевертанню комп'ютерного біта між нулем та одиницею.
Механізм
Лише кілька амінокислот можуть приймати фосфатну групу. Сильний негативний заряд на фосфатній групі змінює спосіб формування білка та його взаємодію з водою. Білок, який зазвичай не взаємодіє з водою, стане фосфорильованим гідрофільним, екологічно чистим для води. Ця зміна призводить до модифікації фізичних та біохімічних властивостей білка. Кіназа - це тип ферменту, який переносить фосфат з молекули високої енергії в іншу речовину, таку як білок. Вчені виявили сотні кіназ, які переносять фосфати до конкретних білків.
Ферментна активність
Конформаційна зміна ферменту, спричинена додаванням однієї або кількох фосфатних груп, може активувати або інгібувати фермент. Наприклад, фосфорилювання ферменту глікогенсинтетази змінює форму ферменту та знижує його активність. Фермент каталізує перетворення невеликого вмісту цукру, глюкози, в довголанцюговий крохмальний глікоген. Фосфорилюючим агентом є глікогенсинтетаза кіназа 3 або GSK-3, яка може додати фосфатну групу до амінокислот серину та треоніну. У цьому прикладі GSK-3 додає фосфатні групи до останніх трьох серинових амінокислот глікоген-синтетази, ускладнюючи взаємодію ферменту з глюкозою.
Рецептори
Рецептори - це білки всередині клітини, які реагують на сигнали ззовні клітини. Фосфорилювання може інгібувати або активувати рецептори. Наприклад, рецептор естрогену альфа, або ERA, - це білок, який активується, коли гормон естроген потрапляє в клітину. ERA є фактором транскрипції - активована ERA може зв'язуватися з ДНК або дезоксирибонуклеїновою кислотою в хромосомах і впливати на те, чи будуть конкретні гени експресуватися як білки. Однак ERA може зв’язуватися з ДНК, лише якщо вона спочатку фосфорилюється. Після активації та фосфорилювання ЕРА він може посилити транскрипцію ДНК, стимулюючи тим самим вироблення певних білків.
