磷酸化

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介绍

磷酸化可以被认为是生物化学中必不可少的反应之一，其中磷酸分子被添加到某些有机混合物中，以使其在生物体中的多个位置发挥功能。另一个对应的词是磷酸化，它也表示将磷酰基引入有机化合物中。

什么是磷酸化？

磷酸化是重要的反应之一，由于各种依赖于这些反应的生物过程（如细胞凋亡、增殖和新陈代谢、炎症和亚细胞运输的调节），它在生物学中也具有重要意义。此外，生物学中的磷酸化是指将磷酸分子添加到蛋白质的过程。这种转化使蛋白质能够执行生物体中的特定任务。蛋白质修饰执行各种酶的修饰活性，进而控制它们的活性。

通过体细胞传递各种信号的过程可以改变磷酸化过程，从而使这些活性变得占主导地位。据认为，磷酸化在真核生物活性中有多种用途。此外，可以肯定地说，人体蛋白质组中三分之一的蛋白质是磷酸化的底物。在磷酸化过程中，磷酸基团被添加到有机混合物中。

磷酸化蛋白质组学已成为蛋白质组学的一部分，它只关注识别和表征磷酸化的蛋白质。此外，人体蛋白质组中三分之一的蛋白质是磷酸化的底物。磷酸化的一个例子是，当磷酸添加到葡萄糖时，它会生成葡萄糖-6-磷酸。

磷酸化反应和机制

人们经常观察到，蛋白质可以经历大量的翻译后修饰。在大多数情况下，磷酸化成为一个重要的方面，其中可以通过磷酸化过程在大多数情况下发现蛋白质的修饰。因此，可以认为磷酸化过程对于在不同情况下（生物在线，2022 年）产生衍生物至关重要。细胞质中常见的蛋白质中，有 10% 会经历磷酸化。

这种类型的反应主要使用 ATP，ATP 的磷酸化反应充当试剂，其中磷酰基发生水解。这种类型的反应被称为去磷酸化反应（Grebe 等人，2020 年）。该反应的结果是指 ATP 的水解反应，因为 ΔG 值在细胞条件下低于 -12kcal/mol，因此被认为是有利的能量。

图 1：磷酸化过程

$$\mathrm{E + ATP \:\rightarrow\:E―P + ADP,\:this\:is\:phosphorylation \:reaction}$$

磷酸基团 $\mathrm{(y-P{O_3}^{2-})}$ 在多功能磷酰基供体 ATP 的末端是常见的。氨基酸的存在，磷酸基团受到亲核羟基 $\mathrm{(-OH)}$ 的攻击。这导致磷酸基团修饰到氨基侧链上，整个反应由 $\mathrm{(Mg^{2+})}$ 离子促进。

葡萄糖和糖酵解

糖酵解是将葡萄糖分解成丙酮酸分子的一系列步骤中的一个基本过程，以帮助完成该过程。具体来说，糖酵解途径在不同的步骤中进行，磷酸化在达到主要最终产物方面起着重要作用。磷酸化启动了准备阶段的第一步，即糖酵解的一半，以及支付阶段的最后一步，即糖酵解的另一半。

图 2：糖酵解作为将葡萄糖转化为丙酮酸的代谢途径

此外，葡萄糖是一个非常小的分子，因此它能够通过细胞膜扩散出去。

因此，它被困在膜内，然后变成带负电荷的。一种称为己糖激酶的酶催化了整个反应。在糖酵解反应的第三步，磷酸化将果糖-6-磷酸转化为果糖-1,6-二磷酸。此反应由磷酸果糖激酶催化。虽然起始阶段的磷酸化由 ATP 完成，但支付阶段的磷酸化由无机磷酸盐维持。

蛋白质磷酸化

蛋白质磷酸化过程是最有效、最常用的翻译后修饰之一。反应的重要性在于它可以在真核生物中发生。

此外，这种现象可以在丝氨酸链中发生。它也存在于组氨酸、赖氨酸和精氨酸中，通过磷酰胺键，以及通过酸酐键存在于天冬氨酸和谷氨酸中。

检测方法

由于磷酸化过程对人体生理和基因组有重大影响，并且能够对抗多种疾病，因此已采用不同的方法来解释蛋白质的磷酸化。用于解释整个蛋白质家族磷酸化动力学的最标准方法是磷酸化蛋白质组学方法。

结论

磷酸化反应是人体细胞中最普遍的反应，用于磷酸化存在于人体蛋白质组中的蛋白质。细胞中发生的磷酸化反应本质上是可逆的，其中激酶等驱动因素用于添加磷酰基，而磷酸酶催化去除磷酰基。磷酸化反应与人体细胞分裂过程中的蛋白质分离有关。

常见问题

Q1. 磷酸化在哪里发生？

答：氧化磷酸化发生在内线粒体膜上，与主要发生在线粒体基质中的柠檬酸循环反应和脂肪酸氧化不同。

Q2. 什么是磷酸化，为什么它很重要？

答：酶催化磷酸化和去磷酸化。这是一个关键的反应，涉及酶和蛋白质。在分子生物学过程中，磷酸化是重要的过程之一，它可以激活酶和蛋白质，以及糖的代谢。

Q3. 磷酸化是否需要 ATP？

答：ATP 作为细胞中高能转换介质的一部分，可以通过磷酸盐基团合成。ATP 帮助合成磷酸化过程。