Eiwitten zijn werkpaarden met cellen. Als enzymen katalyseren ze biochemische reacties. Eiwitten werken ook als receptoren die binden met andere stoffen en de celactiviteit regelen. Als onderdeel van een hormoon kunnen eiwitten grote cellulaire activiteiten, zoals uitscheiding, initiëren of onderdrukken. Een cel gebruikt fosforylering als een schakelaar om eiwitactiviteit in of uit te schakelen.

Fosfaten en eiwitten

Eiwitten zijn moleculen met een aminozuur-ruggengraat en meestal één of meer zijgroepen. De elektrische krachten op de atomen van een eiwit geven het een driedimensionale vorm, of conformatie, die complexe vouwen en ringen kan omvatten. Fosforylatie is een chemische reactie die een fosfaatgroep bestaande uit één fosforatoom en vier zuurstofatomen toevoegt aan een organisch molecuul zoals een eiwit. Fosfaat heeft een negatieve elektrische lading. Fosforylering verandert de conformatie van een eiwit. Het proces is meestal omkeerbaar; een eiwit kan worden gefosforyleerd of gedefosforyleerd, analoog aan het kantelen van een computerbit tussen nul en één.

Mechanisme

Slechts een paar aminozuren kunnen een fosfaatgroep accepteren. De sterke negatieve lading op een fosfaatgroep verandert de manier waarop een eiwit wordt gevormd en hoe het in wisselwerking staat met water. Een eiwit dat normaal geen interactie heeft met water, zal hydrofiel en watervriendelijk worden wanneer het wordt gefosforyleerd. Deze verandering resulteert in modificaties van de fysische en biochemische eigenschappen van een eiwit. Een kinase is een type enzym dat een fosfaat van een hoog energiemolecuul overdraagt ​​naar een andere stof, zoals een eiwit. Wetenschappers hebben honderden kinasen geïdentificeerd die fosfaten overbrengen naar specifieke eiwitten.

Enzymactiviteit

De conformatieverandering in een enzym veroorzaakt door de toevoeging van een of meer fosfaatgroepen kan het enzym activeren of remmen. Bijvoorbeeld, fosforylering van het enzym glycogeensynthetase verandert de vorm van het enzym en vermindert de activiteit ervan. Het enzym katalyseert de omzetting van de kleine suiker, glucose, in het lange keten zetmeelglycogeen. Het fosforyleringsmiddel is glycogeensynthetasekinase 3, of GSK-3, dat een fosfaatgroep kan toevoegen aan de aminozuren serine en threonine. In dit voorbeeld voegt GSK-3 fosfatengroepen toe aan de laatste drie serine-aminozuren van glycogeensynthetase, waardoor het voor het enzym moeilijk is om te interageren met glucose.

Receptoren

Receptoren zijn eiwitten in een cel die reageert op signalen van buiten de cel. Fosforylering kan receptoren remmen of activeren. Oestrogeenreceptor alfa of ERA is bijvoorbeeld een eiwit dat wordt geactiveerd wanneer het hormoon oestrogeen de cel binnenkomt. ERA is een transcriptiefactor - geactiveerde ERA kan binden aan DNA, of deoxyribonucleïnezuur, in chromosomen en beïnvloeden of specifieke genen tot expressie worden gebracht als eiwitten. ERA kan echter alleen aan DNA binden als het eerst gefosforyleerd is. Zodra ERA is geactiveerd en gefosforyleerd, kan het de transcriptie van DNA verbeteren en daarmee de aanmaak van bepaalde eiwitten stimuleren.