リン酸化とは

リン酸化は、リン酸基（PO ₄ ^3- ）が化合物に付加される化学プロセスです。 通常、有機化学に適用され、すべての生物にとって重要です。 このプロセスは、タンパク質合成およびアデノシン三リン酸（ATP）の生成に関与しています。ATPは、エネルギーを保存および供給する分子です。 また、さまざまなタンパク質の構造を変更し、その活性を変更することにより、細胞内のさまざまな化学シグナル伝達および調節メカニズムにおいて重要な役割を果たします。

通常、分子へのリン酸基の付加を伴う生化学反応にはエネルギーが必要です。 多くの場合、このエネルギーはATP分子に由来します。 ATPには3つのリン酸基が含まれており、そのうちの1つは簡単に除去できます。 この基を除去するとかなりのエネルギーが放出され、リン酸基が別の分子、たとえばグルコースに付加されるリン酸化反応を可能にするために使用できます。 したがって、リン酸基はATPから他の分子に容易に移動できます。

ただし、これらの反応では、ATPと受容体分子が一緒になって転送が行われる必要があります。 これは、キナーゼとして知られる酵素によって達成されます。 これらは大きくて複雑なタンパク質で、数百のアミノ酸を含んでいる場合があります。 酵素の形状は非常に重要です。キナーゼ酵素の構造は、ATPと受容体分子の両方が近接して収容され、反応が進行するようなものです。 例は、ATPからグリセロールへのリン酸基の移動を促進するグリセロールキナーゼです。 これは、細胞膜で使用されるリン脂質を生成するプロセスの一部です。

ATP自体は、リン酸化基がアデノシン二リン酸（ADP）に付加されてATPを生成する酸化的リン酸化と呼ばれるよく知られたリン酸化プロセスによって生成されます。 このプロセスのエネルギーは、最終的に私たちが食べる食物から来ますが、より具体的にはグルコースの酸化です。 多くのステップを含む非常に複雑なプロセスですが、簡単に言えば、グルコースからのエネルギーを使用して、NADHおよびFADH2として知られる2つの化合物を形成し、残りの反応にエネルギーを提供します。 これらの化合物は還元剤であり、電子と容易に分離するため、酸化されます。 リン酸基は、NADHとFADH2の酸化によって放出されるエネルギーを使用してATP分子に追加されます。 この反応は、ATP合成酵素によって促進されます。

多くの異なるキナーゼが植物と動物の両方に見られます。 非常に多くの細胞プロセスにおけるそれらの重要性のため、リン酸化アッセイは一般的な実験室手順となっています。 これには、タンパク質のリン酸化が起こったかどうかを確認するために細胞材料のサンプルをテストし、場合によってはその程度を測定することが含まれます。 リン酸基の放射性同位体による標識、リン酸化タンパク質に特異的な抗体の使用、質量分析など、リン酸化の確認に使用されるさまざまな方法があります。

2011年の時点で、余分なシグナル制御キナーゼ（ERK）-細胞内のシグナル伝達活性に関与する酵素-は特に関心のある分野です。 ERKリン酸化は、有糸分裂や細胞分裂に関連する他のプロセスを含むさまざまな細胞機能の調節に役割を果たします。 このプロセスは、発がん性物質やウイルス感染によって活性化され、制御されない細胞分裂やその他のがん関連効果を引き起こす可能性があるため、がん研究の一部の分野に関連しています。 このプロセスの阻害を伴う可能性のあるがん治療法の研究が進行中です。 リン酸化アッセイは、この役割での有効性について異なる物質をテストするために使用できます。