Fosforilasi Protein dan Kinase

Fosforilasi protein, yaitu penambahan gugus fosfat secara reversibel pada protein, merupakan salah satu mekanisme paling luas yang digunakan sel untuk mengontrol aktivitas, lokalisasi, dan interaksi protein. Protein kinase mengkatalisis transfer fosfat dari ATP ke residu serin, treonin, atau tirosin spesifik, sementara protein fosfatase menghilangkannya, bersama-sama membentuk sakelar molekuler reversibel yang penting dalam transduksi sinyal.

Definition

Fosforilasi protein adalah transfer gugus fosfat yang dikatalisis oleh enzim dan reversibel dari ATP ke residu asam amino spesifik dari protein target oleh protein kinase, yang dibalikkan oleh protein fosfatase, sehingga memodulasi fungsi protein target.

Scope

Topik ini mencakup kimia dan regulasi fosforilasi protein, famili kinase utama (serin/treonin dan tirosin kinase), fosfatase yang berlawanan, dan peran sakelar ini dalam menyampaikan dan mengintegrasikan sinyal. Ini diperlakukan sebagai subjek biokimia dan molekuler dalam transduksi sinyal.

Core questions

• Bagaimana fosforilasi mengubah aktivitas atau interaksi protein?
• Bagaimana kinase mengenali substrat yang tepat?
• Bagaimana keseimbangan antara aktivitas kinase dan fosfatase dikendalikan?

Key concepts

• Serin/treonin kinase
• Tirosin kinase
• Protein fosfatase
• ATP sebagai donor fosfat
• Spesifisitas substrat dan motif konsensus
• Sakelar molekuler reversibel
• Kinom

Mechanisms

Protein kinase mengikat ATP dan protein substrat serta mentransfer gamma-fosfat dari ATP ke residu pembawa hidroksil, serin atau treonin untuk kelompok kinase terbesar dan tirosin untuk tirosin kinase. Fosfat yang ditambahkan, karena ukurannya besar dan bermuatan negatif, mengubah konformasi lokal substrat atau menciptakan situs penambatan untuk protein mitra, sehingga mengaktifkan atau menonaktifkan aktivitas substrat. Fosfatase mengkatalisis reaksi sebaliknya, sehingga keadaan fosforilasi suatu protein mencerminkan keseimbangan aktivitas kinase dan fosfatase yang berlawanan. Banyak kinase itu sendiri diatur oleh fosforilasi, memungkinkan mereka untuk diatur dalam kaskade. Genom manusia mengkodekan famili kinase yang besar, secara kolektif disebut kinom, yang memberikan spesifisitas melalui urutan pengenalan substrat dan lokalisasi subseluler yang berbeda.

Clinical relevance

Aktivitas kinase yang tidak teratur berkontribusi pada kanker dan penyakit lainnya, dan protein kinase merupakan kelas target obat utama; tirosin kinase reseptor khususnya sangat penting dalam pensinyalan faktor pertumbuhan. Entri ini menjelaskan biokimia yang mendasarinya pada tingkat referensi dan bukan merupakan dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individu.

Evidence & guidelines

Topik ini didasarkan pada enzimologi, biologi struktural, dan genomik, didukung oleh penelitian primer serta tinjauan dan buku teks otoritatif daripada pedoman praktik klinis.

History

Penemuan Edwin Krebs dan Edmond Fischer pada pertengahan 1950-an bahwa glikogen fosforilase diaktifkan oleh fosforilasi menetapkan fosforilasi reversibel sebagai mekanisme regulasi, sebuah karya yang diakui dengan Hadiah Nobel. Identifikasi selanjutnya dari fosforilasi tirosin dan tirosin kinase reseptor memperluas konsep ke pensinyalan faktor pertumbuhan, dan katalogisasi sistematis kinom manusia menempatkan famili kinase dalam kerangka kerja seluruh genom.

Key figures

• Edwin Krebs
• Edmond Fischer
• Tony Hunter
• Joseph Schlessinger
• Gerard Manning

Seminal works

• krebs-fischer-1955
• manning-2002
• lemmon-2010

Frequently asked questions

Mengapa fosforilasi merupakan mekanisme kontrol yang umum?

Ini cepat, reversibel, dan menggunakan ATP yang sudah dipertahankan oleh sel; penambahan atau penghapusan fosfat bermuatan dapat dengan cepat mengaktifkan atau menonaktifkan aktivitas protein, menjadikannya perangkat regulasi yang efisien dan dapat disesuaikan.

Apa perbedaan antara serin/treonin dan tirosin kinase?

Mereka berbeda dalam residu yang mereka fosforilasi: serin/treonin kinase menambahkan fosfat ke residu serin atau treonin, sementara tirosin kinase bekerja pada residu tirosin; keduanya mentransfer fosfat dari ATP, tetapi mereka mengenali substrat dan jalur yang berbeda.