חלבון קינאזות ופוספטאזות

זרחן ודפוספורילציה הם שינויים כימיים שבהם אנזימים מוסיפים או מסירים קבוצת פוספט משאריות חומצות אמינו על מצע חלבון. שינויים כימיים אלה יכולים לווסת את תפקודו של חלבון המטרה באמצעות שינויים בקונפורמציה או בפעילות.

Protein kinases הם אנזימים שפוספורילט חלבונים ומצעים אחרים. קינאזות מזרזות הוספה הפיכה של פוספט מ-ATP לשרשראות הצד ההידרוקסיליות של שאריות סרין, תראונין או טירוזין.

קינאזות חלבון אאוקריוטיות שייכות למשפחה נרחבת של אנזימים בעלי מבנים שמורים ורצפים קטליטיים.

כאשר קינאזות מעבירות קבוצת פוספט למצע, היא יוצרת רשת קשורה במימן עם שאריות חומצות האמינו שמסביב. רשת זו של קשרי מימן משנה את המבנה התלת-ממדי של חלבון המטרה, ומשנה את תפקידו.

שינויים כאלה בתפקוד יכולים לכלול הפעלה או השבתה של הפעילות האנזימטית של המצע או יצירת משטח חדש שבו מולקולות אחרות יכולות לתקשר עם המצע.

פוספטזות מזרזות את ההידרוליזה של הפוספט, משתמשות במולקולת מים כדי להסיר קבוצת פוספט כיון פוספט ומשאירות קבוצת הידרוקסיל חופשית על שאריות חומצות האמינו. זה משבש את קשר המימן, משחזר את הקונפורמציה והתפקוד המקוריים.

זרחן הוא תהליך ספציפי למצע הנקבע על ידי מספר אלמנטים, כולל הרצף הקטליטי הייחודי של קינאז, קשירה מקומית ודיסטלית עם המצע, וחלבוני מתאם המתווכים אינטראקציות קינאז-סובסטרט שונות.
 

לחלק מהפוספטזים יש גם סגוליות מצע גבוהה – הם מסירים פוספט רק מחלבון נבחר אחד או מכמה חלבונים. פוספטזות אחרות יכולות לפעול על מספר מצעי חלבון שונים והן מכוונות למטרה מסוימת על ידי יחידות המשנה הרגולטוריות של המצע.

קינאזות חלבונים ופוספטזות פועלות יחד כדי להחליף חלבון בין המצב הזרחני למצב הדה-פוספורילציה. שינויים אלה ממלאים תפקידים מכריעים באיתות ובמסלולים מטבוליים שונים.

כאשר גלוקוז גבוה בדם, אינסולין מוביל לפעילות מוגברת של חלבון phosphatase-1. האנזים דפוספורילטים מכוון לסובסטרטים, מה שמוביל לכך שאורגניזם מאחסן גלוקוז כגליקוגן.

כאשר רמות הגלוקוז בדם יורדות, חלבון קינאז A מופעל. זרחן של חלבוני מטרה על ידי חלבון קינאז A מגרה פירוק גליקוגן, ומשחרר גלוקוז לזרם הדם.