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4.10:

Proteine ​​chinasi e fosfatasi

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Molecular Biology
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Protein Kinases and Phosphatases

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Fosforilazione e defosforilazione sono modifiche chimiche in cui gli enzimi aggiungono o rimuovono un gruppo fosfato da un residuo amminoacidico su un substrato proteico. Questi cambiamenti chimici possono regolare la funzione della proteina bersaglio attraverso alterazioni di conformazione o attività. Le protein chinasi sono enzimi che fosforilano le proteine e altri substrati.Le chinasi catalizzano l’aggiunta reversibile di un fosfato da ATP al lato idrossile delle catene di serina, treonina, o residui di tirosina. Le protein chinasi eucariotiche appartengono ad una famiglia estesa di enzimi con strutture conservate e sequenze catalitiche. Quando le chinasi trasferiscono un gruppo fosfato al substrato, esso forma una rete legata di idrogeno con i residui amminoacidici circostanti;questa rete di legami idrogeno altera la struttura tridimensionale della proteina bersaglio, modificandone la funzione.Tali cambiamenti di funzione possono includere, attivare o disattivare l’attività enzimatica del substrato o creare una nuova superficie in cui altre molecole possono interagire con il substrato. Le fosfatasi catalizzano l’idrolisi del fosfato, usando una molecola d’acqua per rimuovere il gruppo fosfato e lasciando un gruppo idrossile libero sul residuo amminoacidico che interrompe il legame idrogeno, ripristinando la conformazione e la funzione originali. La fosforilazione è un processo specifico del substrato determinato da diversi elementi, tra cui la sequenza catalitica unica della chinasi, il legame locale e distale con il substrato e distinte interazioni del substrato con la chinasi;alcune fosfatasi hanno anche un’elevata specificità per il substrato, rimuovendo il fosfato da una o poche proteine selezionate.Altre fosfatasi possono agire su diversi substrati proteici e sono dirette, dalle subunità regolatrici del substrato, ad un bersaglio particolare. le protein chinasi e le fosfatasi lavorano insieme per commutare una proteina tra gli stati fosforilati e defosforilati;cambiamenti che giocano ruoli cruciali in differenti segnali e 23.630:02:21.260 00:02:00 vie metaboliche. Quando il glucosio è elevato nel sangue, l’insulina porta ad un aumento dell’attività proteica fosfatasi-1.L’enzima defosforila i substrati bersaglio, portando ad un organismo che immagazzina glucosio come glicogeno. Quando i livelli di glucosio nel sangue diminuiscono, viene attivata la protein chinasi A.Fosforilazione delle proteine bersaglio da parte della protein chinasi A stimola la degradazione del glicogeno, rilasciando glucosio nel flusso sanguigno.

4.10:

Proteine ​​chinasi e fosfatasi

Proteins undergo chemical modifications that trigger changes in the charge, structure, and conformation of the proteins. Phosphorylation, acetylation, glycosylation, nitrosylation, ubiquitination, lipidation, methylation, and proteolysis are various protein modifications that regulate protein activity. Such modifications are usually enzyme-driven.

Protein kinases

Many proteins in the cell are regulated by phosphorylation, the addition of a phosphate group. A family of enzymes called kinases adds phosphate groups to a protein substrate. Kinases phosphorylate their targets by transferring the terminal phosphate group of ATP (or GTP) to its substrate. Protein kinases belong to an extensive family of enzymes that share a catalytic domain of 290 amino acids. Within a protein, phosphorylation can occur on several different amino acids. Based on their target substrates, protein kinases can be classified as histidine kinases, serine-threonine kinases, and tyrosine kinases.

Phosphatases

Phosphatases reverse kinase activity by removing phosphate groups from their substrates through hydrolysis of phosphoric acid monoesters into a phosphate ion, leaving behind a free hydroxyl group.  Protein phosphatases are structurally and functionally diverse and classified into four major groups depending on their catalytic mechanism, inhibitor sensitivity, and substrate preference. These categories include phosphoprotein phosphatases (PPP), phosphotyrosine phosphatases (PTP), Mg2+/Mn2+-dependent protein phosphatases (PPM), and aspartate-based protein phosphatases.

Activity and role of protein kinases and phosphatases

Protein kinases and phosphatases act as molecular switches. Some of these enzymes help maintain cellular homeostasis by sensing an optimum ATP:ADP ratio within cells. A reduced ATP:ADP reflects compromised energy status, triggering protein kinase activity. Protein kinases catalyze the phosphorylation of proteins, stimulating ATP-producing pathways. Conversely, protein phosphatases sense high ATP:ADP levels and catalyze the dephosphorylation of target proteins. Together these enzymes modulate critical pathways and processes in the cell, often in response to external stimuli.

Suggested Reading

  1. 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.
  2. Nestler, Eric J., and Paul Greengard. "Protein phosphorylation in the brain." Nature 305, no. 5935 (1983): 583-588.
  3. 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.