6.6 : Protein Kinases and Phosphatases

Fosforylacja i defosforylacja to modyfikacje chemiczne, w których enzymy dodają lub usuwają grupę fosforanową z reszty aminokwasowej na podłożu białkowym. Te zmiany chemiczne mogą regulować funkcję białka docelowego poprzez zmiany w konformacji lub aktywności.

Kinazy białkowe to enzymy, które fosforylują białka i inne substraty. Kinazy katalizują odwracalne dodawanie fosforanu z ATP do hydroksylowych łańcuchów bocznych reszt seryny, treoniny lub tyrozyny.

Kinazy białek eukariotycznych należą do rozległej rodziny enzymów o zachowanych strukturach i sekwencjach katalitycznych.

Gdy kinazy przenoszą grupę fosforanową na substrat, tworzy ona sieć związaną wodorem z otaczającymi ją resztami aminokwasów. Ta sieć wiązań wodorowych zmienia trójwymiarową strukturę białka docelowego, modyfikując jego funkcję.

Takie zmiany w funkcji mogą obejmować aktywację lub dezaktywację aktywności enzymatycznej substratu lub stworzenie nowej powierzchni, na której inne cząsteczki mogą oddziaływać z substratem.

Fosfatazy katalizują hydrolizę fosforanu, używając cząsteczki wody do usunięcia grupy fosforanowej jako jonu fosforanowego i pozostawiając wolną grupę hydroksylową na reszcie aminokwasowej. Powoduje to zakłócenie wiązania wodorowego, przywracając pierwotną konformację i funkcję.

Fosforylacja to proces specyficzny dla substratu, determinowany przez kilka elementów, w tym unikalną sekwencję katalityczną kinazy, lokalne i dystalne wiązanie z substratem oraz białka adaptorowe, które pośredniczą w różnych interakcjach kinaza-substrat.
 

Niektóre fosfatazy mają również wysoką specyficzność substratową - usuwają fosforany tylko z jednego lub kilku wybranych białek. Inne fosfatazy mogą działać na kilka różnych substratów białkowych i są kierowane do określonego celu przez podjednostki regulatorowe substratu.

Kinazy białkowe i fosfatazy współpracują ze sobą, aby przełączać białko między stanem fosforylacji i defosforylacji. Zmiany te odgrywają kluczową rolę w różnych szlakach sygnałowych i metabolicznych.

Gdy poziom glukozy we krwi jest podwyższony, insulina prowadzi do zwiększonej aktywności fosfatazy białkowej-1. Enzym defosforyluje docelowe substraty, co prowadzi do tego, że organizm magazynuje glukozę w postaci glikogenu.

Gdy poziom glukozy we krwi spada, aktywowana jest kinaza białkowa A. Fosforylacja docelowych białek przez kinazę białkową A stymuluje rozkład glikogenu, uwalniając glukozę do krwiobiegu.