Chapter 4: Protein Function

Back to chapter

4.10:

Protein Kinazlar ve Fosfatazlar

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Protein Kinases and Phosphatases

Previous Video
4.9: Phosphorylation

Next Video
4.11: GTPases and their Regulation

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

Fosfatlama ve fosfat çıkarma, enzimlerin bir protein substratı üzerindeki bir amino asit rezidüsüne bir fosfat grubu eklediği veya çıkardığı kimyasal modifikasyonlardır. Bu kimyasal değişiklikler, konformasyon veya aktivitede değişiklikler yoluyla hedef proteinin işlevini düzenleyebilir. Protein kinazlar, proteinleri ve diğer substratları fosfatlayan enzimlerdir.Kinazlar, bir fosfatın ATP’den serin, treonin veya tirosin rezidülerinin hidroksil yan zincirlerine geri dönüşümlü ilavesini katalize eder. Ökaryotik protein kinazlar, korunmuş yapılara ve katalitik dizilere sahip geniş bir enzim ailesine aittir. Kinazlar, bir fosfat grubunu substrata aktardıklarında, çevreleyen amino asit rezidüleriyle hidrojen bağlı bir ağ oluşturur.Bu hidrojen bağları ağı, hedef proteinin üç boyutlu yapısını ve dolayısıyla işlevini değiştirir. Protein işlevindeki bu tip değişiklikler, substratın enzimatik aktivitesinin etkinleştirilmesini veya devre dışı bırakılmasını veya diğer moleküllerin substrat ile etkileşime girebileceği yeni bir yüzey oluşturulmasını içerebilir. Fosfatazlar, fosfat grubunu çıkarmak için bir su molekülü kullanarak ve amino asit rezidüsü üzerinde serbest bir hidroksil grubu bırakarak, fosfatın hidrolizini katalize eder.Bu, hidrojen bağını bozarak, konformasyonu ve işlevi eski haline getirir. Fosfatlama, özel kinaz katalitik dizisi, substrat ile lokal ve distal bağlanma ve farklı kinaz substrat etkileşimlerine aracılık eden adaptör proteinler dahil olmak üzere birçok unsur tarafından belirlenen, substrata özgü bir prosestir. Bazı fosfatazlar ayrıca yüksek substrat özgüllüğüne sahiptir.Sadece bir veya birkaç seçilmiş proteinden fosfatı çıkarırlar. Diğer fosfatazlar, birçok farklı protein substratı üzerinde etkili olabilir ve substratın düzenleyici alt birimleri tarafından belirli bir hedefe yönlendirilir. Protein kinazlar ve fosfatazlar, bir proteinin fosfatlanmış ve fosfatı çıkarılmış durumlar arasında geçiş yapması için birlikte çalışır.Bu değişiklikler, farklı sinyalleşme ve metabolik yollarda çok önemli roller oynar. Kanda glikoz yükseldiğinde, insülin, protein fosfataz-1 aktivitesinde artış sağlar. Enzim, hedef substratların fosfatını çıkararak organizmanın glikozu glikojen olarak depolamasına olanak sağlar.Kan şekeri seviyeleri düştükçe, protein kinaz A aktive olur. Hedef proteinlerin, protein kinaz A tarafından fosfatlanması, glikojen yıkımını uyararak kan dolaşımına glikoz salınmasını sağlar.

4.10:

Protein Kinazlar ve Fosfatazlar

Proteinler, proteinlerin yük, yapı ve konformasyonundaki değişiklikleri tetikleyen kimyasal modifikasyonlara tabi tutulur. Fosforilasyon, asetilasyon, glikosilasyon, nitrozilasyon, ubikitinasyon, lipidasyon, metilasyon ve proteoliz, protein aktivitesini düzenleyen çeşitli protein modifikasyonlarıdır. Bu tür modifikasyonlar genellikle enzimler tarafından yönetilir.

Protein Kinazlar

Hücredeki birçok protein, bir fosfat grubunun eklenmesi olan fosforilasyon ile düzenlenir. Kinaz adı verilen bir enzim ailesi, bir protein substratına fosfat grupları ekler. Kinazlar, ATP'nin (veya GTP'nin) terminal fosfat grubunu substratına aktararak hedeflerini fosforile ederler. Protein kinazlar, 290 amino asidin katalitik alanını paylaşan geniş bir enzim ailesine aittir. Bir protein içinde, birkaç farklı amino asit üzerinde fosforilasyon meydana gelebilir. Hedef substratlarına dayanarak, protein kinazlar histidin kinazlar, serin-treonin kinazlar ve tirozin kinazlar olarak sınıflandırılabilir.

Fosfatazlar

Fosfatazlar, fosfat gruplarını substratlarından çıkararak, fosforik asit monoesterlerinin bir fosfat iyonuna hidrolizi yoluyla kinaz aktivitesini tersine çevirir ve serbest bir hidroksil grubunu geride bırakır. Protein fosfatazlar yapısal ve fonksiyonel olarak çeşitlidir ve katalitik mekanizmalarına, inhibitör duyarlılıklarına ve substrat tercihlerine bağlı olarak dört ana gruba ayrılır. Bu kategoriler arasında fosfoprotein fosfatazlar (PPP), fosfotirozin fosfatazlar (PTP), Mg²⁺/Mn²⁺-bağımlı protein fosfatazlar (PPM) ve aspartat bazlı protein fosfatazlar bulunur.

Protein kinaz ve fosfatazların aktivitesi ve rolü

Protein kinazlar ve fosfatazlar moleküler anahtarlar olarak işlev görür. Bu enzimlerin bazıları, hücreler içinde optimum bir ATP:ADP oranı algılayarak hücresel homeostazın korunmasına yardımcı olur. Azalmış bir ATP:ADP oranı tehlikeli enerji durumunu yansıtır ve protein kinaz aktivitesini tetikler. Protein kinazlar, ATP üreten yolları uyararak proteinlerin fosforilasyonunu katalize eder. Tersine, protein fosfatazlar yüksek ATP:ADP seviyelerini algılar ve hedef proteinlerin defosforilasyonunu katalize ederler. Birlikte çalıştıklarında, bu enzimler genellikle dış uyaranlara yanıt olarak hücredeki kritik yolları ve süreçleri modüle eder.

Suggested Reading

Barford, David, Amit K. Das, and Marie-Pierre Egloff. "The structure and mechanism of protein phosphatases: insights into catalysis and regulation." Annual review of biophysics and biomolecular structure 27, no. 1 (1998): 133-164.
Nestler, Eric J., and Paul Greengard. "Protein phosphorylation in the brain." Nature 305, no. 5935 (1983): 583-588.
Ardito, Fatima, Michele Giuliani, Donatella Perrone, Giuseppe Troiano, and Lorenzo Lo Muzio. "The crucial role of protein phosphorylation in cell signaling and its use as targeted therapy." International journal of molecular medicine 40, no. 2 (2017): 271-280.