一文快速了解蛋白质磷酸化修饰

蛋白质磷酸化(protein phosphorylation)指在蛋白质激酶(kinase)催化下把 ATP或 GTP的γ位磷酸基转移到底物蛋白质的氨基酸残基，如丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等上的过程，是生物体内一种普通的调节方式，在细胞信号转导的过程中起重要作用。几乎所有蛋白质在合成过程中或合成后都要经过一定形式的修饰，而一些不合适的翻译后修饰常与疾病相关。某些特定的翻译后修饰还被开发为疾病的分子标志或治疗靶标。蛋白质磷酸化是将外界刺激转换为胞内信号的一个主要机制，是生物界最普遍也是最重要的一种蛋白质翻译后修饰(Post-Translational Modifications, PTMs)。

蛋白质翻译后修饰在绝大部分蛋白质上都会发生。作为广泛的蛋白修饰方式，蛋白质磷酸化也是生物中的一种最有效的调控途径。在磷酸化修饰过程中，由于蛋白质氨基酸侧链加入了一个带有强负电的磷酸基团，从而改变了构型活性及其与其他分子相互作用的性能。在许多生物学过程(如信号传导、基因表达细胞分裂等)的调控中起着重要作用。完成编码后的蛋白质只有具有某些特定的氨基酸才会发生磷酸化一一在真核生物中主要通过丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等氨基酸残基的磷酸化，而在细菌中则主要通过天冬氨酸、谷氨酸和组氨酸等残基的磷酸化。有些蛋白质在原核生物和真核生物中均可被磷酸化，它们的磷酸化位点通常是精氨酸、赖氨酸和半胱氨酸残基。

蛋白质的磷酸化反应在细胞信号的传递过程中占有极其重要的地位。根据陆续研究已经发现的人体内存在多达2000余个蛋白质激酶和约1000个蛋白质磷酸酶基因。蛋白质的磷酸化逆转过程是由蛋白质磷酸酶催化的蛋白质去磷酸化。在磷酸化修饰现象的研究已经取得公认成果的同时，去磷酸化的研究也受到了越来越多的关注。例如，无论是在细胞周期运行还是细胞分裂相关事件(如中心粒的形成及复制)的调控中，去磷酸化的作用都十分重要，它像磷酸化一样，是细胞自身的一种主动性调节方式。对蛋白质磷酸化和去磷酸化的双向协同关系的探讨拓宽了影响重要细胞生理活动的蛋白修饰调控方面的研究。

蛋白质磷酸化修饰的意义是多方面的。蛋白磷酸化在细胞内介导胞外信号时，发挥了专一应答的特点。与信号传递有关的蛋白激酶类主要受控于胞内信使，如CAMP，Ca2+，二酰甘油(Diacyl Glycerol，DG)等的作用，作为共价修饰调节方式它比变构调节(allosteric regulation)受胞内代谢产物的影响更小；由于蛋白质磷酸化/去磷酸化控制的是细胞的内源酶“活性”，比起酶的重新合成及分解 ，更能对外界刺激做出迅速的反应；一系列、不同组织和时空特性的蛋白质磷酸化/去磷酸化反应保证了细胞对外界信号的持续反应性，并对外界信号起到了级联放大(cascade amplifying)作用。细胞内众多的生物学过程都受到包括磷酸化在内的蛋白质翻译后修饰的调控作用，漫长的生物进化过程中，蛋白质磷酸化修饰位点发生了有规律的变异，这些位点、变异及其与蛋白质功能关系的研究，有助于在合理归类的基础上探讨蛋白质翻译后修饰调控的精细机制。

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