Phosphorylation des protéines

Définition de la phosphorylation des protéines

Laphosphorylation des protéines est une forme de modification post-traductionnelle dans laquelle un groupe phosphate (PO4) est attaché de façon réversible à un groupe amino à l'aide d'une protéine kinase. La phosphorylation des protéines étant un processus réversible, une protéine peut retrouver sa confirmation et son activité d'origine une fois le groupe phosphate retiré. Cette réaction inverse est appelée déphosphorylation, et elle est catalysée par des enzymes appelées phosphatasesde protéines.

Mécanisme de phosphorylation des protéines

Alors, comment fonctionne exactement la phosphorylation des protéines ? Jette un coup d'œil à la figure 1 ci-dessous.

Figure 1. Dans la phosphorylation des protéines, une protéine kinase transfère un groupe phosphate (PO4) d'une molécule d'ATP et l'ajoute à une protéine. Une protéine phosphatase peut inverser ce processus en supprimant le groupe phosphate.

Le groupe phosphate terminal d'une molécule d'ATP est enlevé et transféré à un groupe R polaire d'une protéine - généralement la sérine, la thréonine ou la tyrosine et parfois l'histidine.

L'acide aminé polaire contient un groupe -OH chargé qui participe à l'attaque nucléophile du groupe phosphate terminal de l'ATP. Cette attaque entraîne le transfert d'un groupe phosphate sur la chaîne latérale de l'acide aminé.

Fonction de phosphorylation des protéines

L'ajout d'un groupe phosphate modifie la stabilité, la fonction, l'activité subcellulaire et l'activité enzymatique des protéines. Comme un groupe phosphate contient deux charges négatives, une protéine qui subit une phosphorylation de protéine aura un changement de charge, ce qui fait que la fixation du ligand de la protéine recrute des chaînes latérales d'acides aminés chargées positivement.

La fixation du groupe phosphate entraîne également le changement de la structure de la liaison, soit en la rendant plus disponible pour d'autres protéines, soit en la bloquant dans les interactions de liaison des protéines.

La phosphorylation des protéines joue un rôle central et est omniprésente dans différents processus cellulaires. La phosphorylation est impliquée dans la signalisation cellulaire qui intervient dans la prolifération des cellules, l'apoptose, le transport et la dégradation des protéines. Dans la section suivante, nous aborderons le rôle de la phosphorylation des protéines dans la signalisation cellulaire - en particulier dans la transduction des signaux, dans la dégradation des protéines et dans la neurotransmission.

Exemple de phosphorylation de protéines 1 : signalisation cellulaire

Rappelle que la signalisation cellulaire est le processus par lequel une molécule de signalisation appelée ligand se fixe à une protéine réceptrice à l'intérieur ou à la surface d'une cellule cible, entraî nant unefonction ou une réponsecellulairespécifique comme la prolifération ou la mort des cellules .

Alors quecertains ligands, comme les hormones stéroïdiennes, peuvent traverser l 'intérieur hydrophobe de la membrane plasmique, puis se lier à des récepteurs intracellulaires dans le cytoplasme et interagir directement avec l'ADN, d'autres ligands, comme les hormones hydrophiles dérivées d'acides aminés , ne peuvent pas le faire .

Les ligands qui ne peuvent pas traverser la membrane plasmique interagissent généralement avec les récepteurs de la surface cellulaire qui transmettent le signal à d 'autres protéines réceptrices ou messagers par le biais d'un processus appelé transduction dusignal. transduction du signal, qui fait l'objet de la section suivante.

Exemple de phosphorylation de protéines 2 : transduction dusignal

Pour réguler la transduction du signal, la phosphorylation agit généralement comme un interrupteur marche/arrêt pour un grand nombre de récepteurs de la surface cellulaire et sa signalisation en aval: ces protéines sont activées par l'ajout d'un ou plusieurs groupes phosphates.

De nombreuses voies de signalisation impliquent plusieurs protéines kinases qui créent une cascade de phosphorylation. Pour que le signal soit transmis, les protéines kinases déclenchent une phosphorylation l'une après l'autre, provoquant à chaque fois un changement de forme de la protéine phosphorylée.

Le changement de forme est dû à l'interaction des groupes phosphates avec les acides aminés chargés ou polaires de la protéine. Le changement de forme modifie la fonction de la protéine, l'activant ainsi. C'est ainsi que l'on obtient le mécanisme de "mise en marche" de la voie de transduction du signal.

À côté des protéines kinases, les protéines phosphatases sont également présentes dans la cascade de phosphorylation. Les protéines phosphatases déphosphorylent ou enlèvent les groupes phosphates des protéines, les inactivant ainsi. Ce mécanisme permet d '"éteindre" la voie de transduction du signal lorsque le signal a disparu. La déphosphorylation rend également les protéines kinases disponibles pour les signaux suivants.

Ainsi,la combinaison de la phosphorylation et de la déphosphorylation agit comme un interrupteur moléculaire qui active ou inactive les activités cellulaires selon les besoins. Àtout moment, l'activité d'une protéine régulée par la phosphorylation est déterminée par le nombre de molécules de kinases actives et de molécules de phosphatases actives que contient une cellule.

Exemple de phosphorylation des protéines 3 : dégradation

L'accumulation de protéines, en particulier de protéines mal repliées, n'est pas favorable car cette accumulation peut conduire à des maladies pathologiques, telles que la maladie d'Alzheimer, la SLA et la maladie de Huntington. Pour éviter les dommages, les protéines doivent être dégradées par les protéasomes. Il existe différents mécanismes par lesquels les protéasomes dégradent les protéines et la phosphorylation des protéines en est un élément essentiel.

• En général, pour que la dégradation des protéines se produise, l'activité de l'enzyme ubiquitine ligase est d'abord activée par sa phosphorylation. Une fois que l'ubiquitine ligase est activée par la phosphorylation, elle peut maintenant former une ubiquitine ligase à plusieurs sous-unités qui peut provoquer la dégradation des protéines.

• Un autre mode de dégradation consiste à créer un signal de dégradation pour les protéines. Un signal de dégradation est créé par la phosphorylation d'un site spécifique sur une protéine. Une fois phosphorylé, le signal de dégradation qui est généralement caché dans la protéine est révélé.

Exemple de phosphorylation de protéines 4 : les neurotransmetteurs

Un autre exemple de phosphorylation de protéines est observé dans notre système nerveux. La phosphorylation est importante pour transférer les informations dans les neurotransmetteurs, les ligands responsables de la transmission d'un signal d'un neurone (ou d'une cellule nerveuse) à une cellule cible dans le corps.

Les enzymes qui synthétisent les neurotransmetteurs doivent être phosphorylées pour la transmission synaptique. Pour réguler cette transmission, les canaux ioniques et les récepteurs sont phosphorylés. Lors de la phosphorylation, il se produit un changement de conformation qui active ou désactive le canal ionique.