プロテインキナーゼとホスファターゼ

リン酸化と脱リン酸化は、酵素がタンパク質基質上のアミノ酸残基からリン酸基を追加または削除する化学修飾です。これらの化学変化は、コンフォメーションや活性の変化を通じて標的タンパク質の機能を調節することができます。

プロテインキナーゼは、タンパク質や他の基質をリン酸化する酵素です。キナーゼは、ATPからのリン酸のセリン、スレオニン、またはチロシン残基のヒドロキシル側鎖への可逆的付加を触媒します。

真核生物のプロテインキナーゼは、保存された構造と触媒配列を持つ広範な酵素ファミリーに属しています。

キナーゼがリン酸基を基質に移動すると、周囲のアミノ酸残基と水素結合ネットワークを形成します。この水素結合のネットワークは、標的タンパク質の三次元構造を変化させ、その機能を変更します。

このような機能の変化には、基質の酵素活性の活性化または不活性化、または他の分子が基質と相互作用できる新しい表面の作成が含まれます。

ホスファターゼは、水分子を使用してリン酸イオンとしてのリン酸基を除去し、アミノ酸残基に遊離ヒドロキシル基を残して、リン酸塩の加水分解を触媒します。これにより、水素結合が破壊され、元のコンフォメーションと機能が回復します。

リン酸化は、特異なキナーゼ触媒配列、基質との局所的および遠位結合、異なるキナーゼ-基質相互作用を媒介するアダプタータンパク質など、いくつかの要素によって決定される基質特異的なプロセスです。
 

一部のホスファターゼは、高い基質特異性も持っています。それらは、1つまたは少数の選択されたタンパク質からのみリン酸塩を除去します。他のホスファターゼは、いくつかの異なるタンパク質基質に作用することができ、基質の調節サブユニットによって特定の標的に向けられます。

プロテインキナーゼとホスファターゼは連携して、タンパク質をリン酸化状態と脱リン酸化状態の間で切り替えます。これらの変化は、さまざまなシグナル伝達経路や代謝経路で重要な役割を果たします。

血中でグルコースが上昇すると、インスリンはタンパク質ホスファターゼ-1の活性を高めます。この酵素は標的基質を脱リン酸化し、グルコースをグリコーゲンとして貯蔵する生物につながります。

血糖値が下がると、プロテインキナーゼAが活性化されます。プロテインキナーゼAによる標的タンパク質のリン酸化はグリコーゲンの分解を刺激し、グルコースを血流に放出します。