{{위키데이터 속성 추적}}
[[파일:Phosporylation of a serine residue, before and after shot.png|섬네일|인산화 전후의 아미노산 사슬의 [[세린]]]]
'''인산화'''(燐酸化, {{llang|en|phosphorylation}})는 [[화학]]에서 [[분자]]에 [[인산기]]를 붙이는 것을 의미한다. 인산화와 그 역반응인 [[탈인산화]]는 [[생물학]]의 많은 과정에서 중요하다. [[단백질 인산화]]는 기능에 특히 중요하다. 예를 들어 인산화는 [[사카로미세스 세레비시아]](''Saccharomyces cerevisiae'')에 존재하는 [[효소]]의 거의 절반을 활성화(또는 비활성화)하여 기능을 조절한다.<ref>{{저널 인용|last1=Oliveira|first1=Ana Paula|last2=Sauer|first2=Uwe|date=2012-03-01|title=The importance of post-translational modifications in regulating Saccharomyces cerevisiae metabolism|journal=FEMS Yeast Research|volume=12|issue=2|pages=104–117|doi=10.1111/j.1567-1364.2011.00765.x|issn=1567-1364|pmid=22128902|doi-access=free}}</ref><ref>{{저널 인용|last1=Tripodi|first1=Farida|last2=Nicastro|first2=Raffaele|last3=Reghellin|first3=Veronica|last4=Coccetti|first4=Paola|date=2015-04-01|title=Post-translational modifications on yeast carbon metabolism: Regulatory mechanisms beyond transcriptional control|journal=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects|volume=1850|issue=4|pages=620–627|doi=10.1016/j.bbagen.2014.12.010|issn=0006-3002|pmid=25512067}}</ref><ref>{{저널 인용|last1=Vlastaridis|first1=Panayotis|last2=Papakyriakou|first2=Athanasios|last3=Chaliotis|first3=Anargyros|last4=Stratikos|first4=Efstratios|last5=Oliver|first5=Stephen G.|last6=Amoutzias|first6=Grigorios D.|date=2017-04-03|title=The Pivotal Role of Protein Phosphorylation in the Control of Yeast Central Metabolism|journal=G3 (Bethesda, Md.)|volume=7|issue=4|pages=1239–1249|doi=10.1534/g3.116.037218|issn=2160-1836|pmc=5386872|pmid=28250014}}</ref> 많은 [[단백질]]([[진핵생물]]에서 [[프로테옴]]의 1/3에서 2/3 사이)<ref>{{저널 인용|title=The origins of protein phosphorylation|journal=Nature Cell Biology|last=Cohen|first=Philip|date=2002-05-01|volume=4|issue=5|pages=E127–130|doi=10.1038/ncb0502-e127|issn=1465-7392|pmid=11988757|s2cid=29601670}}</ref><ref name=":0">{{저널 인용|title=Estimating the total number of phosphoproteins and phosphorylation sites in eukaryotic proteomes|journal=GigaScience|last1=Vlastaridis|first1=Panayotis|last2=Kyriakidou|first2=Pelagia|date=2017-01-07|volume=6|issue=2|pages=1–11|doi=10.1093/gigascience/giw015|issn=2047-217X|pmc=5466708|pmid=28327990|last3=Chaliotis|first3=Anargyros|last4=de Peer|first4=Yves Van|last5=Oliver|first5=Stephen G.|last6=Amoutzias|first6=Grigoris D.}}</ref>은 많은 [[탄수화물]], [[지질 (생물학)|지질]], 기타 생물학 관련 분자와 마찬가지로 일시적으로 인산화된다.

== 포도당 ==
보통 [[탄수화물|당]]의 [[이화작용]]의 첫 번째 단계는 당의 인산화이다. 인산화는 분자가 운반체를 통해 다시 확산되어 나가는 것을 인산기가 방지하기 때문에 세포에 당이 축적되도록 한다. [[포도당]]의 인산화는 많은 당들이 더 대사되기 전에 먼저 포도당으로 전환되기 때문에 당 대사의 핵심적인 반응이다.

[[해당과정]]의 첫 번째 단계에서 [[D-포도당]]이 [[포도당 6-인산|D-포도당 6-인산]]으로 전환되는 [[화학 반응식]]은 다음과 같다.

: D-포도당 + ATP → D-포도당 6-인산 + ADP

: [[깁스 자유 에너지|ΔG]]° = −16.7 kJ/mol (° 는 표준 조건에서 측정했음을 나타낸다.)

[[버밍엄 대학교]]의 연구원 D. G. 워커는 [[기니피그]] 성체에서 포도당을 포도당 6-인산으로 인산화하는 반응을 촉매하는 두 가지 특정 효소의 존재를 확인했다. 이 두 가지 효소는 특이적 글루코키네이스(ADP-D-포도당 6-인산기전이효소) 및 비특이적 헥소키네이스(ATP-D-헥소스 6-인산기전이효소)로 확인되었다.

포도당은 [[간세포]]를 자유롭게 투과할 수 있으며, 포도당 인산화의 초기 속도는 간(ATP-D-포도당 6-인산기전이효소) 및 비특이적 헥소키네이스(ATP-D-헥소스 6-인산기전이효소)에 의한 포도당 대사의 속도 제한 단계이다.<ref name="ReferenceA">{{저널 인용|date=1964|title=The role of glucokinase in the phosphorylation of glucose by rat liver|journal=Biochemical Journal|volume=90|issue=2|pages=360–8|vauthors=Walker DG, Rao S|pmc=1202625|pmid=5834248|doi=10.1042/bj0900360}}</ref>

[[글리코젠 생성효소]]에서 포도당 6-인산의 역할은 다음과 같다. [[혈당]]이 높이면 [[간]], [[골격근]], [[지방 조직]]에서 포도당 6-인산의 세포 내 농도가 증가한다. 간에서 글리코젠 합성은 혈당 농도와 직접적인 상관 관계가 있으며, 골격근과 지방 세포에서 포도당은 글리코젠 생성효소에 미미한 영향을 미친다. 고혈당은 [[인슐린]]을 방출하여 [[세포막]]으로 특정 포도당 운반체의 트랜스 위치를 자극한다.<ref name="ReferenceA" /><ref name="fasebj.org">{{저널 인용|last2=Guinovart|first2=J. J.|date=1 June 1997|title=The role of glucose 6-phosphate in the control of glycogen synthase.|journal=The FASEB Journal|language=en|volume=11|issue=7|pages=544–558|issn=0892-6638|last1=Villar-Palasí|first1=C.|doi=10.1096/fasebj.11.7.9212078|s2cid=2789124}}</ref>

혈당 농도를 조절하는 간의 중요한 역할은 음의 ΔG 값이 특징이며, 이는 이것이 조절 지점임을 나타낸다. [[헥소키네이스]]는 Km이 낮아 포도당에 대한 친화도가 높기 때문에 혈액 내 포도당 수준이 나노 수준인 경우에도 이러한 초기 인산화가 진행될 수 있다.

포도당의 인산화는 과당 6-인산의 결합에 의해 강화될 수도 있고, 과당 1-인산의 결합에 의해 감소될 수도 있다. [[음식물]]로 [[섭취]]한 [[과당]]은 [[간]]에서 [[과당 1-인산]]으로 전환된다. 이것은 궁극적으로 정방향으로의 반응을 선호하는 글루코키네이스에 대한 과당 6-인산의 작용을 무효화한다.<ref>{{저널 인용|date=1964|title=The role of glucokinase in the phosphorylation of glucose by rat liver|journal=Biochemical Journal|volume=90|issue=2|pages=360–368|vauthors=Walker DG, Rao S|doi=10.1042/bj0900360|pmc=1202625|pmid=5834248}}</ref> 과당을 인산화하는 간세포의 능력은 과당 1-인산을 대사하는 능력을 초과한다. 과당을 과도하게 섭취하면 궁극적으로 간대사의 불균형을 초래하여 간세포의 [[아데노신 삼인산|ATP]] 공급을 간접적으로 고갈시킨다.<ref>{{웹 인용|url=http://cmgm.stanford.edu/biochem200/regulation/|title=Regulation of Glycolysis|website=cmgm.stanford.edu|access-date=2017-11-18|archive-date=2009-03-03|archive-url=https://web.archive.org/web/20090303224811/http://cmgm.stanford.edu/biochem200/regulation/|url-status=}}</ref>

효과인자로 작용하는 포도당 6-인산에 의한 [[알로스테릭 조절|알로스테릭]] 활성화는 글리코젠 생성효소를 자극하고, 포도당 6-인산은 [[고리형 AMP|cAMP]]-자극 단백질 키네이스에 의한 글리코젠 생성효소의 인산화를 억제할 수 있다.<ref name="fasebj.org"/>

포도당의 인산화는 신체 내 과정에서 필수적이다. 예를 들어 인산화된 포도당은 [[심장]] 내 인슐린 의존적 [[mTOR]] 경로 활성화에 필요하다. 이것은 또한 중간 대사와 심장 생장 사이의 연관성을 시사한다.<ref>{{저널 인용|last1=Sharma|first1=Saumya|last2=Guthrie|first2=Patrick H.|last3=Chan|first3=Suzanne S.|last4=Haq|first4=Syed|last5=Taegtmeyer|first5=Heinrich|date=2007-10-01|title=Glucose phosphorylation is required for insulin-dependent mTOR signalling in the heart|journal=Cardiovascular Research|language=en|volume=76|issue=1|pages=71–80|doi=10.1016/j.cardiores.2007.05.004|issn=0008-6363|pmc=2257479|pmid=17553476}}</ref>

=== 해당과정 ===
{{본문|해당과정}}
[[해당과정]]은 [[포도당]]이 다양한 [[효소]]의 도움을 받아 다양한 단계를 거쳐 두 분자의 [[피루브산]]으로 분해되는 필수 과정이다. 해당과정은 10단계로 구성되어 있으며, 이 중 인산화되는 단계는 최종 [[생성물]]을 얻기 위해 꼭 필요한 단계이다. 인산화는 에너지 투자기(해당과정의 전반부)의 단계 1과 단계 3에서 일어나고,<ref>{{서적 인용|url=http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt14/sim1.htm|title=Chapter 14: Glycolysis and the Catabolism of Hexoses|access-date=2022-04-01|archive-date=2021-10-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20211017002355/http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt14/sim1.htm|url-status=}}</ref> 에너지 회수기(해당과정의 후반부)의 단계 7과 단계 10에서 일어난다.<ref>{{서적 인용|title=Biochemistry|last=Garrett|first=Reginald|publisher=Saunders College|year=1995}}</ref>

포도당은 본질적으로 [[세포]] 안팎으로 확산될 수 있는 능력이 있는 작은 분자이다. 포도당을 인산화함으로써(음전하를 띠게 하기 위해 [[인산기]]를 첨가)<ref>{{웹 인용|url=https://www.chem.uwec.edu/webpapers_f99/pages/Webpapers_F99/schneebm/Pages/reaction.html|title=Hexokinase - Reaction|website=www.chem.uwec.edu|access-date=2020-07-29}}</ref> [[포도당]]은 [[포도당 6-인산]]으로 전환되고 [[음전하]]를 띠면서 세포 내에 갇히게 된다. 이 반응은 많은 6원자 고리 구조를 인산화시키는 [[효소]]인 [[헥소키네이스]]에 의해 촉매된다. 포도당 6-인산은 [[세포막]]을 통과할 수 없기 때문에 세포 내에 머물도록 강제된다. [[과당 6-인산]]이 [[과당 1,6-이중인산]]으로 전환되는 인산화 반응은 해당과정의 단계 3에서 일어난다. 이 반응은 [[포스포프럭토키네이스-1]]에 의해 [[촉매]]된다.

에너지 투자기에서 인산화는 [[아데노신 삼인산|ATP]]가 관여하는 반면, 에너지 회수기에서 인산화는 무기 인산이 관여한다. [[글리세르알데하이드 3-인산]]은 인산화되어 [[1,3-비스포스포글리세르산]]을 형성한다. 이 반응은 [[글리세르알데하이드 3-인산 탈수소효소]]에 의해 촉매된다. 인산화의 연쇄 효과는 결국 불안정성을 유발하고 효소가 포도당의 탄소 결합을 분해할 수 있도록 한다.

인산화는 해당과정의 매우 중요한 구성 요소로 작용하는 데, 이는 수송, 조절 및 효율성에 도움을 주기 때문이다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.bachillerato.uchile.cl/files/Bioquimica/glycolysis/glyintro/page07.htm|last=Maber|first=Jon|title=Introduction to Glycolysis|access-date=18 November 2017|archive-date=2017-04-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20170406210528/http://www.bachillerato.uchile.cl/files/Bioquimica/Glycolysis/glyintro/page07.htm|url-status=}}</ref>

== 단백질 인산화 ==
{{본문|단백질 인산화}}
[[단백질 인산화]]는 [[진핵생물]]에서 가장 많이 일어나는 [[번역 후 변형]]으로 간주된다. 인산화는 [[포스포다이에스터 결합]]을 통해 [[세린]], [[트레오닌]] 및 [[티로신 (아미노산)|티로신]] [[곁사슬]](종종 '[[잔기]]'라고도 함)에서, [[포스포아미데이트|포스포아미데이트 결합]]을 통해 [[히스티딘]], [[리신]] 및 [[아르지닌]]에서 혼합 무수물 연결을 통해 [[아스파르트산]] 및 [[글루탐산]]에서 일어날 수 있다. 최근의 증거는 [[이미다졸]] 고리의 1번 질소와 3번 질소 모두에서 광범위한 히스티딘 인산화를 확인시켜준다.<ref name="ncbi.nlm.nih.gov">{{저널 인용|vauthors=Fuhs SR, Hunter T|title=pHisphorylation: the emergence of histidine phosphorylation as a reversible regulatory modification|journal=Curr Opin Cell Biol|volume=45|pages=8–16|year=2017|pmid=28129587|doi=10.1016/j.ceb.2016.12.010|pmc=5482761}}</ref><ref name="https">{{저널 인용|vauthors=Fuhs SR, Meisenhelder J, Aslanian A, Ma L, Zagorska A, Stankova M, Binnie A, Al-Obeidi F, Mauger J, Lemke G, Yates JR 3rd, Hunter T|title=Monoclonal 1- and 3-Phosphohistidine Antibodies: New Tools to Study Histidine Phosphorylation|journal=Cell|volume=162|issue=1|pages=198–210|year=2015|pmid=26140597|doi=10.1016/j.cell.2015.05.046|pmc=4491144}}</ref> 최근의 연구는 [[헬라 세포]] [[추출물]]에서 인산화된 히스티딘, 아스파르트산, 글루탐산, [[시스테인]], 아르지닌 및 리신을 함유하는 [[모티프 (생물학)|모티프]]를 포함한 여러 비표준 아미노산에 대한 광범위한 사람 단백질의 인산화를 보여주고 있다.<ref name="ReferenceC">{{저널 인용|vauthors=Hardman G, Perkins S, Brownridge PJ, Clarke CJ, Byrne DP, Campbell AE, Kalyuzhnyy A, Myall A, Eyers PA, Jones AR, Eyers CE|title=Strong anion exchange-mediated phosphoproteomics reveals extensive human non-canonical phosphorylation.|journal=EMBO J|pages=e100847|year=2019|volume=38|issue=21|pmid=31433507|doi=10.15252/embj.2018100847|pmc=6826212|doi-access=free}}</ref> 그러나 이러한 인산화된 잔기의 화학적 불안정성과 세린, 트레오닌 및 티로신의 인산화와 현저한 대조로 인해 표준 생화학적 질량분석법을 사용하여 인산화된 히스티딘(및 기타 비표준 아미노산)을 분석하는 것은 훨씬 더 어렵고,<ref name="ReferenceC"/><ref>{{저널 인용|title=Gas-phase intermolecular phosphate transfer within a phosphohistidine phosphopeptide dimer.|journal=Int J Mass Spectrom|year=2014|volume=367|pages=28–34|bibcode=2014IJMSp.367...28G|doi=10.1016/j.ijms.2014.04.015|pmc=4375673|pmid=25844054|vauthors=Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Hardman GE, Eyers CE}}</ref><ref name="ReferenceB">{{저널 인용|title=Attempting to rewrite History: challenges with the analysis of histidine-phosphorylated peptides.|journal=Biochem Soc Trans|year=2013|volume=41|issue=4|pages=1089–1095|doi=10.1042/bst20130072|pmid=23863184|vauthors=Gonzalez-Sanchez MB, Lanucara F, Helm M, Eyers CE}}</ref> 고전적인 세린, 트레오닌 및 티로신의 인산화와 함께 보존을 위해 특별한 절차와 분리 기술을 필요로 한다.<ref>{{cite biorxiv|vauthors=Hardman G, Perkins S, Ruan Z, Kannan N, Brownridge P, Byrne DP, Eyers PA, Jones AR, Eyers CE |title=Extensive non-canonical phosphorylation in human cells revealed using strong-anion exchange-mediated phosphoproteomics|year=2017|biorxiv=10.1101/202820}}</ref>

[[생화학]]에서 단백질 인산화의 중요한 역할은 해당 주제에 대해 발표된 방대한 연구에 의해 설명된다. (2015년 3월을 기준으로 MEDLINE 데이터베이스는 24만건 이상의 문서를 반환하고 있으며, 이는 주로 단백질 인산화에 관한 것이다.)

== ATP ==
[[세포]]의 "고에너지" 교환 매체인 [[아데노신 삼인산|ATP]]는 [[산화적 인산화]]를 통해 [[아데노신 이인산|ADP]]에 세 번째 [[인산기]]를 첨가하여 [[미토콘드리아]]에서 합성된다. ATP는 또한 [[해당과정]]에서 [[기질수준 인산화]]에 의해서도 합성된다. ATP는 [[식물세포]]의 [[엽록체]]에서 [[태양 에너지]]를 이용한 [[광인산화]]에 의해서도 합성된다.

== 같이 보기 ==
* [[탈인산화]]
* [[단백질 인산화]]
* [[부분 보존]]
* [[포시다]]
* [[포스포아미노산 분석]]
* [[RegPhos]]

== 각주 ==
{{각주|colwidth=35em}}

== 외부 링크 ==
* [https://web.archive.org/web/20090416125554/http://natureprotocols.com/2007/01/10/functional_analyses_for_sitesp.php Functional analyses for site-specific phosphorylation of a target protein in cells (A Protocol)]

{{단백질의 일차 구조}}
{{전거 통제}}

[[분류:세포생물학]]
[[분류:세포 신호]]
[[분류:인]]
[[분류:번역 후 변형]]