磷酸化和去磷酸化

磷酸化和去磷酸化是蛋白质上磷酸基团可逆的添加和去除，是真核细胞中最普遍的翻译后调控形式。蛋白激酶将ATP中的磷酸基团连接到特定的氨基酸残基上，而蛋白磷酸酶则将其去除；这两种相反活动之间的平衡充当了分子开关，可以开启或关闭酶和信号蛋白。

Definition

磷酸化是由激酶催化，通常从ATP将磷酸基团转移到蛋白质的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上的过程；去磷酸化是由磷酸酶将其去除的过程，这种可逆循环调节被修饰蛋白质的活性。

Scope

本条目涵盖了蛋白质磷酸化的化学性质、激酶和磷酸酶的作用、被修饰的残基，以及可逆磷酸化如何在代谢和信号转导中充当开关。它是酶调控中的一个参考主题，不提供临床或治疗指导。

Core questions

• 添加磷酸基团如何改变酶的活性？
• 为什么是激酶-磷酸酶的平衡，而不是单独的任何一方，决定了调节状态？
• 哪些氨基酸残基会被磷酸化，这为什么很重要？
• 可逆磷酸化如何在细胞中传播信号？

Key concepts

• 蛋白激酶和ATP依赖性磷酸转移
• 蛋白磷酸酶和磷酸去除
• 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化
• 激酶-磷酸酶平衡
• 磷酸化级联和信号放大
• 磷酸肽结合域（例如SH2）

Key theories

可逆磷酸化作为调节开关

克雷布斯和比沃综合证据表明，相互拮抗的激酶和磷酸酶形成了控制酶活性的可逆开关，从而确立了磷酸化作为一种普遍的调节原理，而非特例。

Mechanisms

蛋白激酶催化ATP的γ-磷酸基团转移到丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基的羟基上，引入一个庞大、带负电荷的基团，从而改变局部结构和静电特性。这种构象和电荷变化可以激活或抑制靶酶，或者为伴侣蛋白创建或破坏结合表面；SH2结构域等特化模块识别磷酸化残基，从而组装信号复合物。由于这种修饰是可逆的，蛋白磷酸酶会去除磷酸基团并使蛋白质复位，因此任何位点的稳态磷酸化反映了相反激酶和磷酸酶的相对活性。激酶按顺序排列，形成级联反应，放大和整合信号。人类基因组编码了大量的激酶，这突显了该机制在细胞调节中的核心地位。

Clinical relevance

失调的磷酸化是许多疾病途径的核心，蛋白激酶是药物研发中最受关注的靶点之一，因此该主题是医学生物化学的基础。本条目描述了作为参考的基本机制，并非诊断或治疗决策的依据。

History

可逆蛋白质磷酸化是由克雷布斯（Krebs）和费舍尔（Fischer）在20世纪50年代通过他们对糖原磷酸化酶激活的研究发现的，他们后来因此共同获得了诺贝尔奖。克雷布斯和比沃（Beavo）在1979年的综述中巩固了这一原理在许多酶中的应用，而酪氨酸磷酸化的识别则将其扩展到生长和信号传导领域。曼宁（Manning）及其同事在2002年对人类激酶组的编目，绘制了人类所有蛋白激酶的图谱，为基于磷酸化的调控的现代研究奠定了基础。

Key figures

• Edwin Krebs
• Edmond Fischer
• Tony Hunter
• Gerard Manning

Seminal works

• krebs-beavo-1979
• hunter-1995
• manning-2002

Frequently asked questions

为什么磷酸化被称为可逆修饰？

因为激酶添加磷酸基团，而磷酸酶可以将其去除，所以同一个蛋白质可以在磷酸化和去磷酸化状态之间来回切换。

哪些氨基酸最常被磷酸化？

在真核蛋白质中，丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基是常见的靶点，因为它们的羟基可以接受转移的磷酸基团。