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Les protéines servent de bêtes de somme à la cellule :catalysant les réactions, agissant comme récepteurs et médiateurs des actions hormonales. Pour moduler rapidement leur activité, les cellules utilisent la phosphorylation, une addition réversible d'un groupe phosphate qui fonctionne comme un interrupteur moléculaire.
Les protéines sont constituées d’un squelette d’acides aminés avec des chaînes latérales qui se replient selon des formes tridimensionnelles spécifiques. Un groupe phosphate – un atome de phosphore lié à quatre oxygènes et portant une charge négative nette – peut être lié de manière covalente à certains acides aminés. Cet attachement modifie la conformation de la protéine et son interaction avec le milieu aqueux environnant, transformant souvent une surface hydrophobe en une surface hydrophile.
Seule une poignée de résidus (sérine, thréonine, tyrosine) peuvent être phosphorylés. Les kinases transfèrent un phosphate de l'ATP ou d'autres donneurs de haute énergie vers ces résidus. La charge et les changements stériques qui en résultent peuvent soit exposer, soit masquer les sites actifs, permettant à la protéine de basculer entre les états « activé » et « désactivé ».
La phosphorylation peut activer ou inhiber les enzymes en remodelant leur noyau catalytique. Par exemple, la glycogène synthase est régulée négativement lorsque la glycogène synthase kinase-3 (GSK-3) phosphoryle ses résidus sérine terminaux, empêchant le glucose de se lier et de former du glycogène. À l’inverse, d’autres kinases peuvent activer des enzymes essentielles aux voies métaboliques.
Les récepteurs de surface cellulaire et intracellulaires dépendent également de la phosphorylation pour la transduction du signal. Le récepteur alpha des œstrogènes (ERα) en est un exemple classique :ce n'est qu'après la phosphorylation que ERα se lie à l'ADN et favorise la transcription des gènes sensibles aux œstrogènes, pilotant ainsi la synthèse des protéines dans les tissus cibles.
Grâce à des événements de phosphorylation précis et réversibles, les cellules orchestrent des réponses physiologiques complexes, du métabolisme à la croissance et à la différenciation, soulignant le rôle essentiel de cette modification post-traductionnelle.