Duncan Smith/Photodisc/Getty Images

Eiwitten dienen als de werkpaarden van de cel:ze katalyseren reacties, fungeren als receptoren en bemiddelen in de werking van hormonen. Om hun activiteit snel te moduleren, gebruiken cellen fosforylering, een omkeerbare toevoeging van een fosfaatgroep die als moleculaire schakelaar fungeert.

Fosfaten en eiwitstructuur

Eiwitten bestaan uit een aminozuurskelet met zijketens die zich in specifieke driedimensionale vormen vouwen. Een fosfaatgroep – één fosforatoom gebonden aan vier zuurstofatomen en een netto negatieve lading dragend – kan covalent aan bepaalde aminozuren worden gehecht. Deze hechting verandert de conformatie van het eiwit en de interactie met de omringende waterige omgeving, waardoor een hydrofoob oppervlak vaak in een hydrofiel oppervlak verandert.

Actiemechanisme

Slechts een handvol residuen (serine, threonine, tyrosine) kan worden gefosforyleerd. Kinasen brengen een fosfaat van ATP of andere energierijke donoren over naar deze residuen. De resulterende lading en sterische veranderingen kunnen actieve plaatsen blootleggen of maskeren, waardoor het eiwit kan schakelen tussen “aan” en “uit” toestanden.

Impact op enzymen

Fosforylering kan enzymen activeren of remmen door hun katalytische kern opnieuw vorm te geven. Glycogeensynthase wordt bijvoorbeeld neerwaarts gereguleerd wanneer glycogeensynthasekinase-3 (GSK-3) de terminale serineresiduen fosforyleert, waardoor wordt voorkomen dat glucose zich bindt en glycogeen vormt. Omgekeerd kunnen andere kinasen enzymen activeren die essentieel zijn voor metabolische routes.

Regulering van receptoren

Celoppervlakte- en intracellulaire receptoren zijn ook afhankelijk van fosforylatie voor signaaltransductie. De oestrogeenreceptor alfa (ERα) is een klassiek voorbeeld:pas na fosforylering bindt ERα DNA en bevordert de transcriptie van oestrogeenresponsieve genen, waardoor de eiwitsynthese in doelweefsels wordt gestimuleerd.

Via nauwkeurige, omkeerbare fosforyleringsgebeurtenissen orkestreren cellen complexe fysiologische reacties – van metabolisme tot groei en differentiatie – wat de cruciale rol van deze post-translationele modificatie onderstreept.