磷酸化是磷酰基（PO3-）与有机分子的化学加成。除掉一个磷酸基称为去磷酸化。磷酸化和去磷酸化都是由酶（如激酶、磷酸转移酶）进行的。磷酸化在生物化学和分子生物学领域具有重要意义，因为它是蛋白质和酶功能、糖代谢以及能量储存和释放的关键反应。

磷酸化的目的

磷酸化在细胞中起着关键的调节作用。其职能包括：

• 对糖酵解很重要
• 用于蛋白质相互作用
• 用于蛋白质降解
• 调节酶抑制
• 通过调节需要化学反应的能量来维持体内平衡

磷酸化类型

许多类型的分子可以经历磷酸化和去磷酸化。三种最重要的磷酸化类型是葡萄糖磷酸化、蛋白质磷酸化和氧化磷酸化。

葡萄糖磷酸化

葡萄糖和其他糖通常作为分解代谢的第一步被磷酸化。例如，D-葡萄糖糖酵解的第一步是将其转化为D-葡萄糖-6-磷酸。葡萄糖是一种容易渗透细胞的小分子。磷酸化形成一个更大的分子，不容易进入组织。因此，磷酸化是调节血糖浓度的关键。葡萄糖浓度反过来又与糖原的形成直接相关。葡萄糖磷酸化也与心脏生长有关。

蛋白质磷酸化

1906年，洛克菲勒医学研究所（Rockefeller Institute for Medical Research）的菲布斯·莱文（Phoebus Levene）首次发现了一种磷酸化蛋白质（磷化蛋白），但直到20世纪30年代，蛋白质的酶促磷酸化才被描述。

当磷酸基被添加到氨基酸中时，蛋白质磷酸化发生。通常，氨基酸是丝氨酸，但在真核生物中苏氨酸和酪氨酸也发生磷酸化，而在原核生物中组氨酸也发生磷酸化。这是一种酯化反应，其中磷酸基团与丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸侧链的羟基（-OH）反应。该酶蛋白激酶将磷酸基团共价结合到氨基酸上。原核生物和真核生物的确切机制有所不同。研究得最好的磷酸化形式是翻译后修饰（PTM），这意味着蛋白质在从RNA模板翻译后磷酸化。反向反应，即去磷酸化，由蛋白质磷酸酶催化。

蛋白质磷酸化的一个重要例子是组蛋白的磷酸化。在真核生物中，DNA与组蛋白结合形成染色质。组蛋白磷酸化修饰染色质的结构并改变其蛋白质-蛋白质和DNA-蛋白质相互作用。通常，磷酸化发生在DNA受损时，在断裂的DNA周围打开空间，使修复机制发挥作用。

除了在DNA修复中的重要性外，蛋白质磷酸化在代谢和信号通路中也起着关键作用。

氧化磷酸化

氧化磷酸化是细胞储存和释放化学能的方式。在真核细胞中，反应发生在线粒体内。氧化磷酸化包括电子传递链反应和化学渗透反应。总之，氧化还原反应沿着线粒体内膜的电子传递链传递来自蛋白质和其他分子的电子，释放出用于在化学渗透中生成三磷酸腺苷（ATP）的能量。

在这个过程中，NADH和FADH2将电子传递到电子传递链。当电子沿着链条前进时，它们从高能量移动到低能量，沿途释放能量。部分能量用于泵送氢离子（H+）以形成电化学梯度。在链的末端，电子转移到氧，氧与H+结合形成水。H+离子为ATP合成酶合成ATP提供能量。当ATP去磷酸化时，切割磷酸基团以细胞可以使用的形式释放能量。

腺苷不是唯一经过磷酸化形成AMP、ADP和ATP的碱。例如，鸟苷也可能形成GMP、GDP和GTP。

检测磷酸化

一个分子是否被磷酸化可以用抗体、电泳或质谱来检测。然而，识别和表征磷酸化位点是困难的。同位素标记通常与荧光、电泳和免疫分析结合使用。

来源

• 克莱斯格，妮可；罗伯特·D·西蒙尼。；罗伯特·希尔（2011-01-21）。“可逆磷酸化的过程：埃德蒙·H·菲舍尔的工作”。生物化学杂志。286 (3).
• 沙玛，索米亚；古思里，帕特里克H。；陈苏珊娜S,。；哈克，赛义德；海因里希·塔格迈耶（2007-10-01）。“心脏胰岛素依赖性mTOR信号需要葡萄糖磷酸化”。心血管研究。76 (1): 71–80.