Phosphorylieren

Phosphorylieren (Phosphorylierung) bezeichnet die kovalente Bindung einer Phosphatgruppe (PO4^3−) an ein Molekül. Dabei kann es sich um eine chemische Reaktion handeln oder um eine enzymatisch katalysierte Modifikation in biologischen Systemen. Die Phosphatgruppe wird oft aus Adenosintriphosphat (ATP) übertragen, kann aber auch aus anderen Phosphatquellen stammen.

In der Biochemie bezeichnet Phosphorylierung üblicherweise die enzymatische Übertragung einer Phosphatgruppe von einem Donor-Molekül wie ATP auf ein Substrat durch ein Kinase-Enzym. Die Umkehrung erfolgt durch Phosphatasen. Diese reversible Modifikation ermöglicht eine dynamische Regulation von Proteinen und Signalwegen.

Proteinphosphorylierung ist eine zentrale Regulationsform. Sie erfolgt typischerweise an Serin-, Threonin- oder Tyrosinresten, in manchen Organismen auch an Histidin oder Aspartat. Phosphorylierung kann die Aktivität eines Enzyms verändern, Proteinwechselwirkungen, Stabilität oder Subzelluläre Lokalisierung beeinflussen und ist wesentlich für Signaltransduktion, Stoffwechsel und den Zellzyklus.

Phosphorylierung spielt auch eine wichtige Rolle in der Energieproduktion. Substratlevel-Phosphorylierung überträgt direkt eine Phosphatgruppe von einem Substrat auf ADP zu ATP. Oxidative Phosphorylierung in Mitochondrien bzw. Photophosphorylierung in Chloroplasten nutzt Protonengradienten, um ATP herzustellen.

In der Chemie wird Phosphorylierung verwendet, um organische Phosphate herzustellen, Schutzgruppen in der Zuckerchemie zu setzen oder Biomoleküle für Analytik, Materialwissenschaft oder Therapie zu modifizieren.