Proteiner är cellulära arbetshästar. Som enzymer katalyserar de biokemiska reaktioner. Proteiner fungerar också som receptorer som binder med andra ämnen och kontrollcellsaktivitet. Som en del av ett hormon kan proteiner initiera eller undertrycka stora cellulära aktiviteter, såsom utsöndring. En cell använder fosforylering som en omkopplare för att aktivera eller avaktivera proteinaktiviteten.
Fosfater och proteiner
Proteiner är molekyler med en aminosyror och ofta en eller flera sidogrupper. De elektriska krafterna på ett proteins atomer ger den en tredimensionell form eller konformation, som kan innefatta komplexa veck och ringar. Fosforylering är en kemisk reaktion som lägger till en fosfatgrupp bestående av en fosforatom och fyra syreatomer till en organisk molekyl såsom ett protein. Fosfat har en negativ elektrisk laddning. Fosforylering förändrar ett proteins konformation. Processen är vanligtvis reversibel; ett protein kan fosforyleras eller defosforyleras, analogt med att vända en datorbit mellan noll och en.
Mechanism
Endast några aminosyror kan acceptera en fosfatgrupp. Den starka negativa laddningen på en fosfatgrupp förändrar hur ett protein bildas 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 proteins fysiska och biokemiska egenskaper. En kinas är en typ av enzym som överför ett fosfat från en hög energimolekyl till en annan substans, såsom ett protein. Forskare har identifierat hundratals kinaser som överför fosfater till specifika proteiner.
Enzymaktivitet
Konformationsförändringen till ett enzym som orsakas av tillsats av en eller flera fosfatgrupper kan aktivera eller hämma enzymet. Exempelvis förändrar fosforylering av enzymet glykogensyntetas enzymets form och minskar dess aktivitet. Enzymet katalyserar omvandlingen av det lilla sockret, glukos, till den långkedjiga stärkelseglykogenen. Fosforyleringsmedlet är glykogensyntetaskinas 3 eller GSK-3, som kan tillsätta en fosfatgrupp till aminosyrorna serin och treonin. I detta exempel lägger GSK-3 fosfatgrupper till de sista tre serinaminosyrorna av glykogensyntetas, vilket gör det svårt för enzymet att interagera med glukos.
Receptorer
Receptorer är proteiner inuti 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 huruvida specifika gener kommer att uttryckas som proteiner. ERA kan emellertid bara binda till DNA om det först fosforyleras. När ERA har aktiverats och fosforylerats kan det förbättra DNA-transkription, vilket stimulerar produktionen av vissa proteiner.
