一、磷酸化修饰的发现
1.早期发现:
1883年,德国化学家Olof Hammarsten首次发现酪蛋白(casein)中含有磷元素,这是人类历史上第一次发现磷酸化蛋白的存在。
1954年,Eugene Kennedy发现大鼠肝脏的匀浆物能够将ATP的磷酸转移到酪蛋白上,首次定义了激酶(“protein phospho kinase”),为磷酸化修饰的研究奠定了基础。
2.重要进展:
1992年,Fischer和Krebs因为揭示磷酸化修饰是主要的生物调控机制,而分享了当年的诺贝尔奖。他们的研究证明了磷酸化修饰在生物体内的广泛性和重要性。
二、磷酸化修饰对细胞膜上各类蛋白的功能调控
磷酸化修饰通过调控细胞膜上各类蛋白的功能,参与细胞信号转导、物质运输、离子通道调节等多种生理过程。其调控方式主要包括以下两种:
1.直接改变蛋白活性:
受体蛋白:磷酸化修饰可以调控细胞膜上受体蛋白的活性。例如,G蛋白偶联受体和酪氨酸激酶受体在接受外来信号后,会发生磷酸化修饰,从而改变其与配体的结合能力或下游信号转导效率。
离子通道:磷酸化修饰可以调控离子通道的开放和关闭。例如,钾离子通道和钙离子通道的活性受到磷酸化修饰的调节,从而影响细胞的电生理活动。
转运体:磷酸化修饰可以调控转运体的功能。例如,神经递质转运体SERT与DAT在磷酸化修饰后,其转运活性会发生改变,从而影响神经递质的再摄取。
2.调控膜蛋白的内吞过程:
磷酸化修饰可以触发膜蛋白的内吞,从而间接调控膜蛋白在细胞膜上的含量和功能。例如,某些受体蛋白在磷酸化修饰后,会被内吞到细胞内,导致细胞膜上受体蛋白的含量减少,进而调控细胞对外部信号的响应。
三、磷酸化修饰在细胞信号转导中的作用
1.信号级联放大:
磷酸化修饰通过建立级联放大反应,调控细胞对外界刺激的响应。一个磷酸化的蛋白质可以作用于多个底物分子,这些底物分子又可以进一步作用于下游底物,最终导致细胞效应的产生。
2.信号转导的开关和调节机制:
磷酸化修饰的可逆性使其非常适宜成为细胞内信号转导系统的开关和调节机制。通过磷酸化和去磷酸化,细胞可以快速响应外界刺激,调控基因表达、细胞增殖、分化等多种生理过程。