磷酸化

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介紹

磷酸化可以被認為是生物化學中必不可少的反應之一，其中磷酸分子被新增到某些有機混合物中，以使其在生物體中的多個位置發揮功能。另一個對應的詞是磷酸化，它也表示將磷醯基引入有機化合物中。

什麼是磷酸化？

磷酸化是重要的反應之一，由於各種依賴於這些反應的生物過程（如細胞凋亡、增殖和新陳代謝、炎症和亞細胞運輸的調節），它在生物學中也具有重要意義。此外，生物學中的磷酸化是指將磷酸分子新增到蛋白質的過程。這種轉化使蛋白質能夠執行生物體中的特定任務。蛋白質修飾執行各種酶的修飾活性，進而控制它們的活性。

透過體細胞傳遞各種訊號的過程可以改變磷酸化過程，從而使這些活性變得占主導地位。據認為，磷酸化在真核生物活性中有多種用途。此外，可以肯定地說，人體蛋白質組中三分之一的蛋白質是磷酸化的底物。在磷酸化過程中，磷酸基團被新增到有機混合物中。

磷酸化蛋白質組學已成為蛋白質組學的一部分，它只關注識別和表徵磷酸化的蛋白質。此外，人體蛋白質組中三分之一的蛋白質是磷酸化的底物。磷酸化的一個例子是，當磷酸新增到葡萄糖時，它會生成葡萄糖-6-磷酸。

磷酸化反應和機制

人們經常觀察到，蛋白質可以經歷大量的翻譯後修飾。在大多數情況下，磷酸化成為一個重要的方面，其中可以透過磷酸化過程在大多數情況下發現蛋白質的修飾。因此，可以認為磷酸化過程對於在不同情況下（生物線上，2022 年）產生衍生物至關重要。細胞質中常見的蛋白質中，有 10% 會經歷磷酸化。

這種型別的反應主要使用 ATP，ATP 的磷酸化反應充當試劑，其中磷醯基發生水解。這種型別的反應被稱為去磷酸化反應（Grebe 等人，2020 年）。該反應的結果是指 ATP 的水解反應，因為 ΔG 值在細胞條件下低於 -12kcal/mol，因此被認為是有利的能量。

圖 1：磷酸化過程

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

磷酸基團 $\mathrm{(y-P{O_3}^{2-})}$ 在多功能磷醯基供體 ATP 的末端是常見的。氨基酸的存在，磷酸基團受到親核羥基 $\mathrm{(-OH)}$ 的攻擊。這導致磷酸基團修飾到氨基側鏈上，整個反應由 $\mathrm{(Mg^{2+})}$ 離子促進。

葡萄糖和糖酵解

糖酵解是將葡萄糖分解成丙酮酸分子的一系列步驟中的一個基本過程，以幫助完成該過程。具體來說，糖酵解途徑在不同的步驟中進行，磷酸化在達到主要最終產物方面起著重要作用。磷酸化啟動了準備階段的第一步，即糖酵解的一半，以及支付階段的最後一步，即糖酵解的另一半。

圖 2：糖酵解作為將葡萄糖轉化為丙酮酸的代謝途徑

此外，葡萄糖是一個非常小的分子，因此它能夠透過細胞膜擴散出去。

因此，它被困在膜內，然後變成帶負電荷的。一種稱為己糖激酶的酶催化了整個反應。在糖酵解反應的第三步，磷酸化將果糖-6-磷酸轉化為果糖-1,6-二磷酸。此反應由磷酸果糖激酶催化。雖然起始階段的磷酸化由 ATP 完成，但支付階段的磷酸化由無機磷酸鹽維持。

蛋白質磷酸化

蛋白質磷酸化過程是最有效、最常用的翻譯後修飾之一。反應的重要性在於它可以在真核生物中發生。

此外，這種現象可以在絲氨酸鏈中發生。它也存在於組氨酸、賴氨酸和精氨酸中，透過磷醯胺鍵，以及透過酸酐鍵存在於天冬氨酸和穀氨酸中。

檢測方法

由於磷酸化過程對人體生理和基因組有重大影響，並且能夠對抗多種疾病，因此已採用不同的方法來解釋蛋白質的磷酸化。用於解釋整個蛋白質家族磷酸化動力學的最標準方法是磷酸化蛋白質組學方法。

結論

磷酸化反應是人體細胞中最普遍的反應，用於磷酸化存在於人體蛋白質組中的蛋白質。細胞中發生的磷酸化反應本質上是可逆的，其中激酶等驅動因素用於新增磷醯基，而磷酸酶催化去除磷醯基。磷酸化反應與人體細胞分裂過程中的蛋白質分離有關。

常見問題

Q1. 磷酸化在哪裡發生？

答：氧化磷酸化發生在內線粒體膜上，與主要發生線上粒體基質中的檸檬酸迴圈反應和脂肪酸氧化不同。

Q2. 什麼是磷酸化，為什麼它很重要？

答：酶催化磷酸化和去磷酸化。這是一個關鍵的反應，涉及酶和蛋白質。在分子生物學過程中，磷酸化是重要的過程之一，它可以啟用酶和蛋白質，以及糖的代謝。

Q3. 磷酸化是否需要 ATP？

答：ATP 作為細胞中高能轉換介質的一部分，可以透過磷酸鹽基團合成。ATP 幫助合成磷酸化過程。