在生物体系中,磷酸化的对象多种多样,可以是蛋白质、核酸、糖类以及脂类等其他生物大分子。磷酸化是生物体系调控生物大分子的主要手段之一。据统计,在真核细胞内,约有1/3~2/3的蛋白质会被动态磷酸化,这些磷酸化过程控制着大量蛋白质的活性以及信号通路的传导。
磷酸化
在目标有机分子上添加磷酸基团的操作。与之对应的是去磷酸化,即将有机分子上修饰的磷酸基团去除的操作。
- 英文名称
- phosphorylation
- 所属学科
- 化学
蛋白质磷酸化是真核细胞内存在的最为广泛的翻译后修饰,其控制着超过半数的生物酶的活性以及众多信号通路的传导。蛋白质的磷酸化可以通过磷酸酯键修饰在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的羟基上,也可以通过氨基磷酸酯键修饰在组氨酸、赖氨酸和精氨酸上,此外也能以酸酐的形式修饰在天冬氨酸和谷氨酸的羧基上。丝氨酸、苏氨酸以及酪氨酸上的O-磷酸化研究是最较为广泛的,其他磷酸化类型由于丰度、稳定性以及检测手段的限制,研究相对较少。蛋白质的磷酸化水平主要由激酶和磷酸酶进行调控,其中对蛋白质进行磷酸化修饰的酶被称为激酶,对蛋白质进行去磷酸化过程的酶被称为磷酸酶。蛋白质通过氨基酸残基的磷酸化,可以改变表面电性,从而调控蛋白的构象和功能。
除了蛋白质以外,部分核苷酸的形成也是通过氧化磷酸化过程形成的,例如,三磷酸腺苷(ATP)或三磷酸鸟苷(GTP),即由相应的二磷酸腺苷(ADP)或二磷酸鸟苷(GDP)磷酸化而形成。其中,三磷酸腺苷/二磷酸腺苷磷酸化与去磷酸化循坏不仅仅是细胞产能的主要手段,而且参与调控大量蛋白质的磷酸化过程。而三磷酸鸟苷/二磷酸鸟苷循环主要参与对鸟嘌呤核苷酸结合蛋白的活性调控,如G蛋白偶联受体和小G蛋白。
此外,磷酸化在糖的代谢过程中也举足轻重。葡萄糖磷酸化是糖酵解过程的第一步。在此步中,葡萄糖C6原子所连羟基在己糖激酶的作用下被磷酸化修饰,形成6-磷酸葡萄糖,同时消耗一分子三磷酸腺苷。此后,经过多步反应,6-磷酸葡萄糖被逐步分解成丙酮酸并生成三磷酸腺苷分子。葡萄糖的磷酸化除了参与糖酵解过程,也参与调控细胞的葡萄糖储存过程。葡萄糖的磷酸化可以使得其表面呈负电性,防止被排出胞外,从而在胞内积累糖分子,为细胞的活动提供能量。