Proteinphosphorylierung

Proteinphosphorylierung ist die reversible Übertragung eines Phosphatrests auf Proteine. In Eukaryoten erfolgt sie überwiegend an Serin-, Threonin- oder Tyrosinresten. Der Phosphatrest wird meist von ATP als Phosphatdonor übertragen; die Entfernung erfolgt durch Phosphatasen. Dadurch ändern Proteine Aktivität, Interaktionen oder subzelluläre Lokalisierung.

Kinasen und Phosphatasen bilden zentrale Regulatoren von Signalkaskaden. Kinasen übertragen Phosphate an Serin/Threonin- oder Tyrosinreste; Phosphatasen entfernen sie. Die Modifikation kann Aktivität steigern oder hemmen, Bindungsoberflächen verändern oder Proteine lokalisieren. Phosphorylierung schafft oft neue Bindungsstellen für Domänen wie SH2 oder 14-3-3.

Sie dient der schnellen Regulation von Prozessen. Phosphorylierung ermöglicht Reaktionsschnelligkeit, Signalverstärkung und Rückkopplung. Oft steuert sie Stoffwechselwege, Transkriptionsfaktoren, den Zellzyklus und Apoptose. Signale verlaufen in Kaskaden, in denen eine Kinase eine weitere aktiviert.

Beispiele zentraler Pfade sind MAPK-Weg, Insulin-Signaling und Zellzyklusregulation durch Cyclin-abhängige Kinasen. Phosphorylierung kann Proteine aktivieren oder deren Bindungen blockieren; sie beeinflusst auch Lokalisierung. Fehlregulation ist mit Krebs, Diabetes und neurodegenerativen Erkrankungen verbunden. Kinase-Inhibitoren sind wichtige Therapietreiber.

Methodisch werden Phosphorylierungen durch Massenspektrometrie, phospho-spezifische Antikörper und Western Blot analysiert. Phosphoproteomik erfasst viele modifizierte Stellen gleichzeitig und hilft, Signalwege systematisch abzubilden. Die Analyse erfordert stabile Probenaufbereitung und Kontrollen, da Phosphatasenaktivität rasch wirken kann.

Zusammengefasst beschreibt die Proteinphosphorylierung eine zentrale, reversible Regulation von Proteinen, die Aktivität, Interaktionen und Lokalisierung steuert und so zentrale Prozesse der Zellbiologie vermittelt.