Белки подвергаются химическим модификациям, которые вызывают изменения заряда, структуры и конформации белков. Фосфорилирование, ацетилирование, гликозилирование, нитрозилирование, убиквитинирование, липидирование, метилирование и протеолиз — это различные модификации белков, которые регулируют активность белка. Такие модификации обычно управляются ферментами.
Протеинкиназы
Многие белки в клетке регулируются фосфорилированием, добавлением фосфатной группы. Семейство ферментов, называемых киназами, добавляет фосфатные группы к белковому субстрату. Киназы фосфорилируют мишени, путем переноса концевой фосфатной группы АТФ (или ГТФ) на свой субстрат. Протеинкиназы относятся к обширному семейству ферментов, которые имеют общий каталитический домен из 290 аминокислот. Внутри белка фосфорилирование может происходить по нескольким различным аминокислотам. В зависимости от субстратов-мишеней протеинкиназы можно классифицировать как гистидидинкиназы, серин-треониновые киназы и тирозиновые киназы.
Фосфатазы
Фосфатазы обращают киназную активность, удаляя фосфатные группы со своих субстратов путем гидролиза моноэфиров фосфорной кислоты до фосфат-иона, высвобождая свободную гидроксильную группу. Протеинфосфатазы структурно и функционально разнообразны и классифицируются на четыре основные группы в зависимости от их каталитического механизма, чувствительности к ингибитору и предпочитаемому субстрату. К этим категориям относятся фосфопротеинфосфатазы (ФПФ), фосфотирозинфосфатазы (ФТФ), Mg2+/Mn2+-зависимые протеинфосфатазы (МПФ) и протеинфосфатазы на основе аспартата.
Активность и роль протеинкиназ и фосфатаз
Протеинкиназы и фосфатазы действуют как молекулярные переключатели. Некоторые из этих ферментов помогают поддерживать клеточный гомеостаз, определяя оптимальное соотношение АТФ:АДФ в клетках. Снижение АТФ:АДФ отражает ухудшение энергетического состояния, вызывая активность протеинкиназы. Протеинкиназы катализируют фосфорилирование белков, стимулируя пути производства АТФ. И наоборот, протеинфосфатазы чувствительны к высоким уровням ATP:ADP и катализируют дефосфорилирование целевых белков. Вместе эти ферменты модулируют важные пути и процессы в клетке, часто в ответ на внешние стимулы.
