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2024-12-05T20:56:38Z

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Unter '''Phosphorylierung''' versteht man in der [[Biochemie]] das reversible (umkehrbare) Anhängen einer [[Phosphorylgruppe|Phosphatgruppe]] an ein [[Organische Chemie|organisches Molekül]],<ref>Beyer-Walter, Lehrbuch der organischen Chemie, 22. Aufl., S. Hirzel Verlag Stuttgart (1991) S. 891.</ref> insbesondere an [[Protein]]e. Das Resultat sind [[Phosphoproteine]]. Diese Phosphorylierung stellt (neben der [[Enzymhemmung#Nichtkompetitive und allosterische Hemmung|allosterischen]] und der [[Kompetitive Hemmung|kompetitiven Hemmung]]) die wichtigste Regulation von biologischen Prozessen in der [[Zelle (Biologie)|Zelle]] dar. Chemisch handelt es sich um die Bildung eines [[Phosphorsäureester]]s. Die Bezeichnung Phosphorylierung ist insofern irreführend, da eine Phosphatgruppe und nicht eine Phosphorylgruppe übertragen wird.

Das Prinzip der Phosphorylierung wurde zuerst bei der [[Gärung]] vom Nobelpreisträger [[Arthur Harden]] und dessen Schüler [[William John Young]] entdeckt. Für die Aufklärung des genauen Mechanismus erhielten [[Edmond Henri Fischer]] und [[Edwin G. Krebs]] 1992 den [[Nobelpreis für Physiologie oder Medizin]].

== Phosphorylierung von Proteinen ==
=== Im Prozess involvierte Enzyme ===
Die [[Enzym]]e, welche die Phosphorylierung von Proteinen [[Katalyse|katalysieren]], heißen [[Proteinkinase]]n. Dabei wird eine Phosphatgruppe [[Kovalente Bindung|kovalent]] an einen [[Aminosäure]]rest gebunden, in der Regel mit [[Adenosintriphosphat|ATP]] als [[Substrat (Biochemie)|Substrat]] für das Phosphat. Eine andere Enzymkategorie, die [[Phosphatase]]n, 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.

=== Funktion ===
Da eine Phosphatgruppe eine polare Ladung besitzt, hat eine Phosphorylierung oft [[Konformation]]sänderungen des Proteins zur Folge, so dass es zwei möglicherweise funktionell verschiedene Formen des Proteins gibt, je nachdem, ob es phosphoryliert ist oder nicht. Diese zwei Formen können, je nach Einzelfall, aktivierte oder inaktivierte Formen eines Proteins darstellen. Viele [[Transkriptionsfaktor]]en werden auf diesem Weg über [[Signaltransduktion]]skaskaden aktiviert, beispielsweise [[CREB]].

Eine weitere Form der Einflussnahme durch Phosphorylierung ist die Regelung von Proteinbindestellen. Insbesondere [[Proteindomäne]]n, die diese Interaktionen vermitteln, werden phosphoryliert und können so keine [[Proteinkomplex]]e mehr bilden. Viele Rezeptoren, wie [[GPCR|G-Protein gekoppelte Rezeptoren]], werden auf diesem Weg in ihrer Aktivität reguliert. Proteinphosphorylierung und Dephosphorylierung haben somit regulatorische Funktion.

=== Ort der Phosphorylierung ===
In Proteinen werden hauptsächlich drei [[Aminosäuren]] phosphoryliert, nämlich solche mit einer [[Hydroxygruppe]] in der Seitenkette:
[[Tyrosinkinase]]n binden die Phosphatgruppe an [[Tyrosin]], [[Serin/Threoninkinase]]n an [[Serin]] oder [[Threonin]]. Dabei ist Serin die am häufigsten phosphorylierte Aminosäure. Untersuchungen mit [[Radioaktivität|radioaktivem]] Phosphat (<sup>32</sup>P) zeigen ein Verhältnis der Phosphorylierung von Ser, Thr und Tyr von 1800 : 200 : 1.<ref name="DOI10.1073/pnas.77.3.1311">Tony Hunter, Bartholomew M. Sefton: ''Transforming gene product of Rous sarcoma virus phosphorylates tyrosine.'' In: ''Proceedings of the National Academy of Sciences.'' 77, 1980, S. 1311, {{DOI|10.1073/pnas.77.3.1311}}.</ref> Neuere Studien mit Hilfe der [[Massenspektrometrie]] zeigen, dass der Anteil der Tyr-Phosphoylierung tatsächlich höher liegt. So wurde das Verhältnis in HeLa-Zellen von pS, pT, und pY mit 48 : 6,6 : 1 bestimmt.<ref name="DOI10.1016/j.cell.2006.09.026">Jesper V. Olsen, Blagoy Blagoev, Florian Gnad, Boris Macek, Chanchal Kumar, Peter Mortensen, Matthias Mann: ''Global, In Vivo, and Site-Specific Phosphorylation Dynamics in Signaling Networks.'' In: ''Cell.'' 127, 2006, S. 635, {{DOI|10.1016/j.cell.2006.09.026}}.</ref>

Noch seltener als Tyrosin werden die Aminosäuren Histidin, Arginin, Lysin, Cystein, Glutamat und Aspartat phosphoryliert. Jedoch gibt es auch für diese Phosphorylierungen Beispiele: Im [[Phosphotransferase-System]] (PTS) werden verschiedene Histidine sowie ein Cystein phosphoryliert. Bei [[Zweikomponentensystem (Zellbiologie)|Zweikomponentensystemen]], die der Signaltransduktion dienen, werden konservierte Histidin- bzw. Aspartatreste phosphoryliert.

== Phosphorylierung anderer Moleküle ==
Werden andere Moleküle (Zucker, [[Nucleotid]]e) phosphoryliert, so dient dies in der Regel der Bereitstellung chemischer Energie im Molekül, um in nachfolgenden Schritten [[Endotherme Reaktion|endotherme]], d. h. energieverbrauchende Umwandlungen zu ermöglichen. [[Polyphosphat]]e wie [[Adenosintriphosphat|ATP]] oder [[Creatin]]phosphat dienen im [[Stoffwechsel]] als universelle „Energiewährung“ zur Zwischenspeicherung und zum Austausch von Energie zwischen verschiedenen Prozessen.

Daneben werden bei manchen Stoffwechselvorgängen Moleküle durch Anlagerung von ''anorganischem'', also energiearmem Phosphat phosphoryliert. In nachfolgenden Schritten kann dies zum Aufbau energiereicher Stoffe wie ATP genutzt werden. Ein Beispiel ist die Phosphorylierung von [[Glycerinaldehyd-3-phosphat]] bei der Zuckerverwertung in den Zellen fast aller Lebewesen.

== Siehe auch ==
* [[Atmungskette]]
* [[Glykolyse]]
* [[Glykosylierung]]
* [[Phosphorsäureester]]

== Literatur ==
* [[Bruce Alberts]], Alexander Johnson, [[Peter Walter (Biochemiker)|Peter Walter]], Julian Lewis, [[Martin Raff]], Keith Roberts: ''Molecular Biology of the Cell.'' 5. Auflage. Garland Science, New York NY u. a. 2008, ISBN 978-0-8153-4106-2.
* Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, [[Lubert Stryer]]: ''Biochemie.'' 6. Auflage. Spektrum – Akademischer Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-8274-1800-5.
* Donald Voet, Judith G. Voet: ''Biochemistry.'' 3. Auflage. Wiley, Hoboken NJ u. a. 2004, ISBN 0-471-19350-X.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4174459-7}}

[[Kategorie:Posttranslationale Modifikation]]
[[Kategorie:Chemische Reaktion]]

Phosphorylierung - Versionsgeschichte

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