Фосфорилирование белков
Первые указания на то, что фосфорилирование белков является важным регулятором ферментативной активности, появились в то время, когда регуляторная роль нековалентных взаимодействий субстратов, кофакторов и конечных продуктов реакций была уже хорошо установлена. Классический пример регуляция активности фосфорилазы 5-АМР (положительная) и глюкозо-6-фосфотом (отрицательная). Оба они выступают в качестве аллостерических эффекторов-регуляторов и не принимают непосредственного участия в реакции катализируемой фосфорилазой. Позже выяснилось, что добавление одной фосфатной группы к фосфорилазе b также переводит фермент из неактивного в активное состояние. Таким образом, дополнительно к аллостерической регуляции ковалентная модификация фосфорилированием также изменяет активность ферментов. Хотя эти два механизма действуют через одинаковые конформационные изменения, фосфорилирование является основным механизмом при рецептор-зависимом ответе клеток на внешние воздействия, тогда как аллостерические эффекторы изменяют активность ферментов в ответ на изменение внутриклеточных условий. Обычно, изменение этих условий должно произойти в широких пределах (концентрация продукта или кофактора должна измениться значительно). В то время как фосфорилирование обеспечивает превращение очень слабого сигнала (концентрация гормона, связанного с рецептором) в большой сигнал (например, быстрая активация гликогенолиза). Однако недостаточная скорость процесса является узким местом контроля фосфорилированием. В тех случаях, когда нужно обеспечить высокую скорость изменения активности фермента (освобождение трансмиттера или сокращение мышц) на помощь приходит регуляция быстрым изменением концентрации Са2+ (в мышцах фосфорилаза-киназа). Дополнительная роль фосфорилирования при этом состоит в увеличении сродства фермента к Са2+. Важность фосфорилирования подтверждается тем фактом, что геном дрожжей содержит более 120 различных протеинкиназ (ПК). Считается, что геном человека содержит более 1000 ПК. 30% цитоплазматических белков содержат ковалентно связанный фосфат. Фосфорилирование модифицирует белки добавлением отрицательно заряженных групп к серинам , треонинам и реже к тирозинам . Эти нейтральные гидрокси-аминокислотные остатки типично экспонируются на поверхности и часто между регуляторными субъединицами белка.
Фосфорилирование существенно меняет химические свойства белков. В результате белок становится способным распознать, связать, активировать, деактивировать, фосфорилировать или дефосфорилировать свои субстраты. Таким образом, фосфорилирование может включать и выключать ферменты.
