Phosphorylierung

Unter Phosphorylierung versteht man in der Biochemie das reversible Anhängen einer Phosphatgruppe an ein organisches Molekül, insbesondere von Proteinen. Diese Phosphorylierung stellt die wichtigste Regulation von biologischen Prozessen in der Zelle dar.

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Phosphorylierung von Proteinen

Die Enzyme, welche die Phosphorylierung von Proteinen katalysieren, heißen Kinasen. Dabei wird eine Phosphatgruppe kovalent an einen Aminosäurerest gebunden, in der Regel mit ATP als Substrat für das Phosphat. Eine andere Enzymkategorie, die Phosphatasen, können diesen Prozess umkehren, d.h. die Phosphatgruppe wird vom Protein entfernt. Proteinkinasen und -phosphatasen sind dabei in der Regel sehr spezifisch und können ebenfalls in ihrer Aktivität gezielt kontrolliert werden.

Da eine Phosphatgruppe eine polare Ladung besitzt, hat eine Phosphorylierung oft die Konformationsänderungen des Proteins zur Folge, so dass es zwei verschiedene Formen des Proteins gibt. Diese zwei Formen können, je nach Einzelfall, aktivierte oder inaktivierte Formen eines Proteins darstellen. Viele Transkriptionsfaktoren werden auf diesem Weg über Signaltransduktionskaskaden aktiviert, beispielsweise CREB.

Eine weitere Form der Einflussnahme durch Phosphorylierung ist die Regelung von Proteinbindestellen. Insbesondere Proteindomänen, die diese Interaktionen vermitteln, werden phosphoryliert und können so keine Proteinkomplexe mehr bilden. Viele Rezeptoren, wie G-Protein gekoppelte Rezeptoren, werden auf diesem Weg reguliert. Proteinphosphorylierung und Dephosphorylierung haben somit regulatorische Funktion.

Es können drei Aminosäuren phosphoryliert werden, nämlich solche mit OH-Gruppe in der Seitenkette: Tyrosinkinasen binden die Phosphatgruppe an Tyrosin, Serin/Threonin-Kinasen an Serin oder Threonin. Dabei ist Serin die am häufigsten phosphorylierte Aminosäure. Das Verhältnis der Phosphorylierung von Ser, Thr und Tyr liegt bei 1800 : 200 : 1.

Phosphorylierung anderer Moleküle

Werden andere Moleküle (Zucker, Nucleotide) phosphoryliert, so dient dies in der Regel der Bereitstellung chemischer Energie im Molekül, um in nachfolgenden Schritten endotherme, d.h. energieverbrauchende Umwandlungen zu ermöglichen. Polyphosphate wie ATP oder Creatinphosphat dienen im Stoffwechsel als universelle "Energiewährung" zur Zwischenspeicherung und zum Austausch von Energie zwischen verschiedenen Prozessen.

Siehe auch: oxidative Phosphorylierung, Glykosylierung