什么是磷酸化及其工作原理？ 氧化、葡萄糖和蛋白质

磷酸化是将磷酰基 (PO 3- )添加到有机分子中。磷酰基的去除称为去磷酸化。磷酸化和去磷酸化均由酶（例如，激酶、磷酸转移酶）进行。磷酸化在生物化学和分子生物学领域很重要，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。其功能包括：

对糖酵解很重要

用于蛋白质-蛋白质相互作用

用于蛋白质降解

调节酶抑制

通过调节需要能量的化学反应来维持体内平衡

磷酸化的类型
许多类型的分子可以进行磷酸化和去磷酸化。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在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，不能轻易进入组织。因此，磷酸化对于调节血糖浓度至关重要。反过来，葡萄糖浓度与糖原形成直接相关。葡萄糖磷酸化也与心脏生长有关。

蛋白质磷酸化
洛克菲勒医学研究所的 Phoebus Levene 于 1906 年率先鉴定出磷酸化蛋白（磷高蛋白），但直到 1930 年代才描述了蛋白质的酶促磷酸化。

当磷酰基被添加到氨基酸上时，蛋白质磷酸化就会发生。通常，氨基酸是丝氨酸，尽管磷酸化也发生在真核生物中的苏氨酸和酪氨酸以及原核生物中的组氨酸上。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) 发生反应。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 模板翻译后被磷酸化。逆反应，去磷酸化，由蛋白磷酸酶催化。

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，当 DNA 受损时会发生磷酸化，打开断裂 DNA 周围的空间，以便修复机制发挥作用。

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，反应在线粒体中发生。氧化磷酸化由电子传输链的反应和化学渗透反应组成。总之，氧化还原反应使来自蛋白质和其他分子的电子沿着线粒体内膜中的电子传递链传递，释放出用于在化学渗透中制造三磷酸腺苷 ( ATP ) 的能量。

在此过程中，NADH 和 FADH 2将电子传递到电子传输链。当电子沿着链前进时，电子从高能量移动到低能量，沿途释放能量。该能量的一部分用于泵送氢离子 (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合酶合成ATP提供能量。当 ATP 去磷酸化时，磷酸基团的裂解会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 的碱基。例如，鸟苷还可以形成 GMP、GDP 和 GTP。

检测磷酸化
可以使用抗体、电泳或质谱法 检测分子是否已磷酸化。然而，识别和表征磷酸化位点很困难。同位素标记经常与荧光、电泳和免疫测定 结合使用。