4.11: Протеинкиназы и фосфатазы

Фосфорилирование и дефосфорилирования являются химическими модификациями где ферменты добавляют или удаляют фосфатную группу из аминокислотных остатков на белке-субстрате. Эти химические изменения могут регулировать функцию целевого белка в результате изменений в конформации или деятельности. Протеинкиназы это ферменты которые фосфорилируют белки и другие субстраты.

Киназы катализируют обратимое добавление фосфата из АТФ к гидроксильной стороне цепи серина, треонина, или остатков тирозина. Эукариотические протеинкиназы принадлежат к обширной семье ферментов с законсервированной структурой и каталитическими последовательностями. При передаче киназами группы фосфатов к субстрату он образует водород-связанную сеть с окружающими остатками аминокислот.

Эта сеть водородных связей меняет трехмерную структуру целевого белка, изменяя его функции. Такие изменения функций может включать в себя включение или выключение энзиматической активности субстрата или создание новой поверхности где другие молекулы могут взаимодействовать с субстратом. Фосфатазы катализируют гидролиз фосфата, с помощью молекулы воды для удаления группы фосфатов и оставив свободную гидроксильную группу на аминокислотном остатке.

Это нарушает водородную связь, восстанавливая оригинальную конформацию и функцию. Фосфорилирование процесс, специфичный для субстрата, который определяется несколькими элементами, включая уникальный каталитическую последовательность киназы, локальное и дистальное связывание с субстратом, белки-адапторы, которые посредничают для осуществления определённых взаимодействий киназы и субстратов. Некоторые фосфатазы также имеют высокая специфичность субстрата.

Они удаляют только фосфат из одного или нескольких выбранных белков. Другие фосфатазы могут действовать на несколько различных белков-субстратов и направлены к конкретной цели регуляторные подъединицами субстрата. Протеинкиназы и фосфатазы работают вместе для переключения белков из фосфорилированного в дефосфорилированное состояние.

Эти изменения играют решающую роль в различных сигнальных и метаболических механизмах. Когда уровень глюкозы в крови повышен, инсулин приводит к увеличению активности белковой фосфатазы-1. Фермент дефосфорилирует целевые субстраты, ведя организм к сохранению глюкозы в виде гликогена.

По мере падения уровень глюкозы в крови, активируется протеинкиназа А.Фосфорилирование целевых белков протеин-киназой А стимулирует расщепление гликогена, высвобождая глюкозу в кровь.