リン酸化は、ホスホリル基 (PO3 ) 有機分子に。リン酸基の除去は、脱リン酸化と呼ばれます。リン酸化と脱リン酸化はどちらも酵素 (例えば、キナーゼ、ホスホトランスフェラーゼ) によって行われます。リン酸化は、タンパク質と酵素の機能、糖の代謝、エネルギーの貯蔵と放出における重要な反応であるため、生化学と分子生物学の分野で重要です。
リン酸化の目的
リン酸化は、細胞内で重要な調節の役割を果たします。その機能は次のとおりです。
- 解糖にとって重要
- タンパク質間相互作用に使用
- タンパク質の分解に使用
- 酵素阻害を調節する
- エネルギーを必要とする化学反応を調節して恒常性を維持する
リン酸化の種類
多くの種類の分子がリン酸化および脱リン酸化を受ける可能性があります。最も重要な 3 種類のリン酸化は、グルコースリン酸化、タンパク質リン酸化、および酸化的リン酸化です。
グルコースのリン酸化
グルコースやその他の糖は、異化作用の最初のステップとしてリン酸化されることがよくあります。たとえば、D-グルコースの解糖の最初のステップは、D-グルコース-6-リン酸への変換です。グルコースは、細胞に容易に浸透する小さな分子です。リン酸化により、組織に容易に侵入できない大きな分子が形成されます。したがって、リン酸化は血糖濃度の調節に重要です。次に、グルコース濃度は、グリコーゲン形成に直接関係しています。グルコースのリン酸化は、心臓の成長にも関連しています。
タンパク質のリン酸化
ロックフェラー医学研究所の Phoebus Levene は、1906 年にリン酸化タンパク質 (ホスビチン) を初めて特定しましたが、タンパク質の酵素的リン酸化は 1930 年代まで記述されませんでした。
リン酸基がアミノ酸に付加されると、タンパク質のリン酸化が起こります。通常、アミノ酸はセリンですが、真核生物ではスレオニンとチロシン、原核生物ではヒスチジンでもリン酸化が起こります。これは、リン酸基がセリン、スレオニン、またはチロシン側鎖のヒドロキシル (-OH) 基と反応するエステル化反応です。酵素タンパク質キナーゼは、リン酸基をアミノ酸に共有結合します。正確なメカニズムは、原核生物と真核生物では多少異なります。最もよく研究されているリン酸化の形態は翻訳後修飾 (PTM) です。これは、タンパク質が RNA テンプレートからの翻訳後にリン酸化されることを意味します。逆の反応である脱リン酸化は、プロテインホスファターゼによって触媒されます。
タンパク質のリン酸化の重要な例は、ヒストンのリン酸化です。真核生物では、DNA はヒストンタンパク質と結合してクロマチンを形成します。ヒストンのリン酸化は、クロマチンの構造を変更し、そのタンパク質間および DNA-タンパク質相互作用を変化させます。通常、DNA が損傷するとリン酸化が起こり、修復メカニズムが機能できるように、壊れた DNA の周囲にスペースが開きます。
DNA 修復におけるその重要性に加えて、タンパク質リン酸化は代謝およびシグナル伝達経路において重要な役割を果たします。
酸化的リン酸化
酸化的リン酸化は、細胞が化学エネルギーを貯蔵および放出する方法です。真核細胞では、反応はミトコンドリア内で発生します。酸化的リン酸化は、電子伝達系の反応と化学浸透の反応で構成されています。要約すると、レドックス反応は、ミトコンドリアの内膜の電子輸送チェーンに沿ってタンパク質や他の分子から電子を渡し、化学浸透でアデノシン三リン酸 (ATP) を作るために使用されるエネルギーを放出します。
この過程で、NADH と FADH2 電子伝達系に電子を届けます。電子は、鎖に沿って進むにつれて高エネルギーから低エネルギーに移動し、途中でエネルギーを放出します。このエネルギーの一部は、水素イオン (H) をポンピングして電気化学的勾配を形成するために使用されます。鎖の末端で、電子が酸素に移動し、酸素が H と結合して水を形成します。 H イオンは、ATP シンターゼが ATP を合成するためのエネルギーを供給します。 ATP が脱リン酸化されると、リン酸基が切断され、細胞が使用できる形でエネルギーが放出されます。
アデノシンは、リン酸化を受けて AMP、ADP、および ATP を形成する唯一の塩基ではありません。たとえば、グアノシンは GMP、GDP、および GTP も形成する可能性があります。
リン酸化の検出
分子がリン酸化されているかどうかは、抗体、電気泳動、または質量分析を使用して検出できます。ただし、リン酸化部位の特定と特徴付けは困難です。同位体標識は、蛍光、電気泳動、イムノアッセイと組み合わせてよく使用されます。
ソース
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- シャルマ、サウミア;ガスリー、パトリック・H。チャン、スザンヌ・S。ハク、サイード。 Taegtmeyer、Heinrich (2007-10-01)。 「心臓におけるインスリン依存性mTORシグナル伝達にはグルコースリン酸化が必要です」. 心血管研究 . 76 (1):71–80.
