I siti di fosforilazione sono particolari aree di molecole che subiscono l’aggiunta o la rimozione di un gruppo fosfato noto come PO4. Sono particolarmente importanti per la regolazione delle proteine nella cellula. La fosforilazione può attivare o disattivare la proteina ed è un modo importante per regolare i percorsi nella cellula. Una singola proteina può avere molti siti di fosforilazione e ogni singola cellula può averne migliaia. Alcuni risultati della fosforilazione andata storta possono includere cancro e diabete.
Le proteine che possono essere fosforilate includono enzimi proteici, che accelerano notevolmente la velocità delle reazioni. La fosforilazione di una proteina può modificarne la funzione o la localizzazione nella cellula. I singoli enzimi variano a seconda che la loro forma attiva abbia il sito di fosforilazione fosforilato o vuoto.
I recettori sono anche importanti siti di fosforilazione. Questi segnali trasmettono e le vie di trasduzione del segnale sono spesso regolate da siti di fosforilazione. Uno dei fattori che li rende vantaggiosi per la regolazione è che i tempi delle reazioni di segnalazione possono variare da ore a meno di un secondo. Le vie di fosforilazione possono essere molto complesse con una serie di proteine che fosforilano in sequenza la successiva. Questo porta all’amplificazione di un percorso.
Una proteina che aggiunge un fosfato è chiamata chinasi. Questi regolano un gran numero di reazioni all’interno della cellula. Le proteine che rimuovono un gruppo fosforilico sono chiamate fosfatasi.
Le chinasi ottengono il gruppo fosfato dall’adenosina trifosfato (ATP). Aggiungono il gruppo fosfato a uno dei tre amminoacidi: serina, treonina o tirosina. Altri possono agire su tutti e tre, o anche su ulteriori amminoacidi come l’istidina. Alcune chinasi hanno molteplici specificità e possono agire su più di un bersaglio. Tale ampia specificità del bersaglio consente la regolazione coordinata di più percorsi da parte di un segnale.
Un sottogruppo molto importante di chinasi è la proteina chinasi serina/treonina. Il loro sito di fosforilazione è il gruppo OH della serina o treonina. La fosforilazione da parte di queste chinasi può essere regolata da segnali chimici, nonché da eventi come il danno al DNA. Le MAP chinasi sono un gruppo ben studiato di questo tipo e un sottogruppo di MAP chinasi è noto come chinasi segnale-regolate extracellulari (ERK).
La fosforilazione di ERK è ampiamente espressa come meccanismo di segnalazione intracellulare. Ciò che è importante di queste chinasi ERK è che trasmettono segnali extracellulari e li amplificano all’interno della cellula. Il percorso è attivato da molti diversi fattori extracellulari, inclusi fattori di crescita, ormoni e agenti cancerogeni. Il percorso ERK è interrotto in molti tumori.
La fosforilazione delle proteine, e in particolare la posizione dei siti di fosforilazione, è un campo di studio molto attivo. Fino alla metà delle proteine in una cellula può essere fosforilata. Varie aziende sono specializzate nel prevedere quali aree di una proteina possono essere fosforilate.
Il saggio di fosforilazione delle proteine generalmente utilizza anticorpi. Queste sono proteine prodotte dal sistema immunitario di un animale che sono specifiche per gli invasori stranieri. Esistono centinaia di anticorpi specifici per i cambiamenti strutturali indotti dalla fosforilazione. Le proteine vengono eseguite su un gel che si separa per dimensione e carica ed è noto come elettroforesi bidimensionale. Viene quindi trattato con l’anticorpo fosfo-specifico per determinare le differenze nella struttura.
Va notato che anche altri tipi di molecole possono essere fosforilati. Ad esempio, la fosforilazione degli zuccheri è una parte importante del metabolismo cellulare. La glicolisi della via metabolica che produce energia ne è un esempio. Il primo passo nella scomposizione del glucosio è la fosforilazione di un gruppo OH sulla molecola di glucosio.
La fosforilazione dell’adenosina difosfato (ADP) in ATP è essenziale affinché avvengano molte delle reazioni ad alta intensità energetica della cellula. L’ATP è una molecola ad alta energia ed emette energia quando dona un gruppo fosfato. La sintesi proteica è tra i molti importanti processi cellulari alimentati dall’ATP.