{{위키데이터 속성 추적}}
'''탈인산화'''(脫燐酸化, {{llang|en|dephosphorylation}})는 [[생화학]]에서 [[유기 화합물]]로부터 [[인산염|인산기]](PO<sub>4</sub><sup>3−</sup>)를 [[가수분해]]로 제거하는 것이다. 탈인산화는 가역적인 [[번역 후 변형]] 과정이다. 탈인산화 및 이에 반대되는 [[인산화]]는 [[인산 에스터]] 및 인산 무수물을 분해하거나 결합시켜 [[효소]]를 활성화시키거나 비활성화시킨다. 탈인산화의 주목할 만한 예로는 [[아데노신 삼인산|ATP]]가 [[아데노신 이인산|ADP]]와 무기인산(P<sub>i</sub>)로 전환되는 과정이 있다.

탈인산화는 일종의 [[가수분해효소]]를 사용하여 에스터 결합을 분해한다. 탈인산화에 사용되는 두드러진 가수분해효소의 하위 부류로는 [[인산]] 모노에스터를 [[인산 이온]]과 자유 [[하이드록실기]](-OH)가 있는 분자로 가수분해하여 인산기를 분해하는 [[인산가수분해효소]]가 있다.

가역적인 인산화-탈인산화 반응은 모든 생리 과정에서 일어나며, [[생물]]의 생존에 필요한 단백질 인산가수분해효소의 기능을 위해 필요하다. 단백질의 탈인산화는 세포 신호전달과 관련된 핵심적인 과정이기 때문에 단백질 인산가수분해효소는 [[심장 질환]], [[당뇨병]] 및 [[알츠하이머병]]과 같은 질환과 관련이 있다.

== 역사 ==
탈인산화의 발견은 [[토끼]]의 [[골격근]]으로부터 분리된 가인산분해효소를 조사한 일련의 실험에서부터 비롯되었다. 1955년에 [[에드윈 게르하르트 크레브스]]와 [[에드먼드 헨리 피셔]]는 [[방사성 동위 원소]]로 표지된 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 사용하여 [[가인산분해효소]]의 [[세린]] [[잔기]]에 [[인산염|인산기]]를 첨가하여 인산화를 통해 가인산분해효소가 ''b''형에서 ''a''형으로 전환되는 것을 확인했다.<ref>{{저널 인용|last=FISCHER|first=EH|author2=KREBS, EG|title=Conversion of phosphorylase b to phosphorylase a in muscle extracts.|journal=The Journal of Biological Chemistry|date=Sep 1955|volume=216|issue=1|pages=121–32|pmid=13252012}}</ref> 그 후 크레브스와 피셔는 이러한 인산화가 [[인산화효소]] 캐스케이드의 일부임을 보여주었다. 마지막으로 토끼의 간으로부터 인산화된 형태의 효소인 가인산분해효소 ''a''를 정제한 후 이온교환 크로마토그래피를 사용하여 인단백질인 인산가수분해효소 I과 인산가수분해효소 II를 확인했다.<ref>{{저널 인용|last=Khandelwal|first=RL|author2=Vandenheede, JR |author3=Krebs, EG |title=Purification, properties, and substrate specificities of phosphoprotein phosphatase(s) from rabbit liver.|journal=The Journal of Biological Chemistry|date=Aug 25, 1976|volume=251|issue=16|pages=4850–8|pmid=8449}}</ref>

이러한 탈인산화 단백질의 발견 이후 인산화 및 탈인산화의 가역적인 특성은 주로 [[효소]]에서 볼 수 있지만, 효소가 아닌 [[단백질]]을 포함하는 광범위한 기능성 단백질과도 관련이 있다.<ref name="pmid38740">{{저널 인용|vauthors=Krebs EG, Beavo JA |title=Phosphorylation-dephosphorylation of enzymes |journal=Annu. Rev. Biochem. |volume=48 |pages=923–59 |year=1979 |pmid=38740 |doi=10.1146/annurev.bi.48.070179.004423 }}</ref> [[에드윈 게르하르트 크레브스]]와 [[에드먼드 헨리 피셔]]는 가역적인 단백질 인산화를 발견한 공로로 1992년에 [[노벨 생리학·의학상]]을 수상했다.<ref name="pmid10859071">{{저널 인용|author=Raju TN |title=The Nobel chronicles. 1992: Edmond H Fischer (b 1920) and Edwin G Krebs (b 1918) |journal=Lancet |volume=355 |issue=9219 |pages=2004 |date=June 2000 |pmid=10859071 |doi= 10.1016/S0140-6736(05)72951-2}}</ref>

== 기능 ==
[[파일:Pten.jpg|섬네일|오른쪽|alt=PTEN, a phosphatase.|사람의 인산가수분해효소 및 텐신 동족체(PTEN). 파란색의 [[N 말단|N-말단]] 인산가수분해효소 도메인의 [[활성 부위]]는 노란색으로 표시되어 있다. [[C 말단|C-말단]]의 C2 도메인은 빨간색으로 표시되어 있다.<ref name="pmid10555148">{{PDB|1d5r}}; {{저널 인용|vauthors=Lee JO, Yang H, Georgescu MM, Di Cristofano A, Maehama T, Shi Y, Dixon JE, Pandolfi P, Pavletich NP | title = Crystal structure of the PTEN tumor suppressor: implications for its phosphoinositide phosphatase activity and membrane association | journal = Cell | volume = 99 | issue = 3 | pages = 323–34 |date=October 1999 | pmid = 10555148 | doi = 10.1016/S0092-8674(00)81663-3  }}</ref>]]
특정 표적 단백질 내에서 [[세린]], [[트레오닌]], [[티로신 (아미노산)|티로신]]과 같은 중성이지만 극성인 [[아미노산]]의 [[하이드록실기]]의 [[인산화]] 및 탈인산화는 모든 생리 과정의 조절에 있어 기본적인 부분이다. 인산화는 하이드록실기의 산소가 [[아데노신 삼인산|ATP]]의 알파 인산을 친핵성 공격하는 것을 통해 하이드록실기와 인산기의 공유결합성 변형을 포함한다. 탈인산화는 물 분자를 첨가하고 원래의 인산기를 방출하여 하이드록실기를 재생함으로써 수화 반응을 통해 인산기를 제거하는 것을 포함한다. 두 가지 과정 모두 가역적이며, 두 메커니즘 중 하나를 사용하여 단백질을 활성화시키거나 비활성화시킬 수 있다. 단백질의 인산화는 입체 구조를 변경하여 특정 리간드에 대한 결합을 변경하여 단백질의 활성을 증가시키거나 감소시키는 것과 같은 많은 생화학적 효과를 나타낸다. 인산화 및 탈인산화는 구조 단백질, [[효소]], 막의 통로 단백질, 신호 분자, 다른 [[인산화효소]] 및 [[인산가수분해효소]]와 같은 모든 유형의 단백질에서 사용할 수 있다. 이러한 과정들의 합을 포스포레귤레이션(phosphoregulation)이라고 한다.<ref name="pmid19547744">{{저널 인용|vauthors=Beltrao P, Trinidad JC, Fiedler D |title=Evolution of phosphoregulation: comparison of phosphorylation patterns across yeast species |journal=PLoS Biol. |volume=7 |issue=6 |pages=e1000134 |date=June 2009 |pmid=19547744 |pmc=2691599 |doi=10.1371/journal.pbio.1000134 |display-authors=etal}}</ref> 인산화가 제대로 조절되지 않으면 질병이 생길 수 있다.<ref name="pmid21904669">{{저널 인용|vauthors=Bononi A, Agnoletto C, De Marchi E |title=Protein kinases and phosphatases in the control of cell fate |journal=Enzyme Res |volume=2011 |pages=329098 |year=2011 |pmid=21904669 |pmc=3166778 |doi=10.4061/2011/329098 |display-authors=etal}}</ref>

=== 번역 후 변형 ===
단백질을 합성하는 동안 [[mRNA]]를 [[번역 (생물학)|번역]]하는 [[리보솜]]에 의해 생성되는 [[폴리펩타이드]] 사슬은 성숙한 형태가 되기 전에 가공되어야 한다. 단백질의 탈인산화는 종종 [[효소]]를 활성화 또는 불활성화시킴으로써 단백질의 행동을 조절하는 메커니즘이다. 단백질 합성 장치의 구성 성분들도 인산화 및 탈인산화를 통해 단백질 합성 속도를 조절한다.<ref name="pmid2349232">{{저널 인용|vauthors=Celis JE, Madsen P, Ryazanov AG |title=Increased phosphorylation of elongation factor 2 during mitosis in transformed human amnion cells correlates with a decreased rate of protein synthesis |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=87 |issue=11 |pages=4231–5 |date=June 1990 |pmid=2349232 |pmc=54082 |doi= 10.1073/pnas.87.11.4231}}</ref>

[[번역 후 변형]]의 일환으로 인산기는 세린, 트레오닌, 티로신에서 제거될 수 있다. 따라서 [[세포 신호전달|세포 내 신호전달]] 경로는 다양한 단백질들의 순차적 인산화 및 탈인산화에 따라 달라진다.

=== ATP ===
{{본문|아데노신 삼인산}}

: ATP<sup>4−</sup> + H<sub>2</sub>O ⟶ ADP<sup>3−</sup> + HPO<sub>4</sub><sup>2−</sup> + H<sup>+</sup>

[[아데노신 삼인산]](ATP)은 모든 생물에서 에너지 "화폐"로 기능한다. ATP의 자발적인 탈인산화 반응에서 30.5 kJ/mol (7.3 kcal/mol)의 에너지가 방출되는데, 이는 세포 반응을 구동시키는 데 사용된다. 전반적으로 ATP의 자발적인 탈인산화 반응과 짝지어진 비자발적 반응은 합쳐진 반응의 음의 자유 에너지 변화 때문에 자발적인 반응이 된다. 이것은 [[산화적 인산화]]를 구동시키는 데 중요하다. ATP는 ADP와 무기인산(P<sub>i</sub>)로 탈인산화된다.<ref>{{웹 인용|last=Casiday|first=Rachel|title=Energy for the Body: Oxidative Phosphorylation|url=http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Cytochromes/cytochromes.html|access-date=5 April 2013}}</ref>

세포 수준에서 [[ATPase]]의 탈인산화는 세포 안팎의 이온의 흐름을 결정한다. 양성자 펌프 저해제는 [[위장관]]의 ATPase에 직접적으로 작용하는 약물이다.

=== 다른 반응에서의 탈인산화 ===
ATP 이외의 다른 분자들은 다른 생물학적 시스템의 일부로서 탈인산화를 겪는다.m다른 화합물들은 탈인산화의 결과로 다른 자유 에너지의 변화를 겪는다.<ref name="Ox phosphorylation site">{{웹 인용|last=Casiday|first=Rachel|title=Oxidation-Reduction Reactions Experiment|url=http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Cytochromes/cytochromes.html|work=Energy for the Body: Oxidative Phosphorylation|publisher=Department of Chemistry, Washington University|access-date=24 April 2013}}</ref>

{| class="wikitable"
|-
! 분자 !! 자유 에너지의 변화
|-
| 아세틸 인산 || 47.3 kJ/mol
|-
| 포도당 6-인산 || 13.8 kJ/mol
|-
| 포스포엔올피루브산 (PEP) || -61.9 kJ/mo
|-
| 포스포크레아틴 || 43.1 kJ/mo
|}

실로사이빈 또한 탈인산화에 의존하여 실로신으로 대사되고 추가로 제거된다. 자유 에너지의 변화에 대한 실로사이빈의 영향에 대한 정보는 현재 제공되지 않는다.

=== 광계 II에서 탈인산화의 중요성 ===
[[광합성]]의 [[광의존적 반응]]에서의 첫 번째 단백질 복합체는 [[광계 II]]이다. 광계 II가 빛을 흡수하면 [[P680]]으로부터 고에너지 전자가 방출되어 [[전자 수용체]]로 전달된다. 산화된 P680은 물의 광분해로 방출된 전자에 의해 다시 환원된다. 광계 II는 특히 [[온도]]에 민감하며,<ref>{{저널 인용|title=Plants switch photosystem at high temperature to protect photosystem II|journal=Nature Precedings|last=Yamauchi|first=Yasuo|url=http://precedings.nature.com/documents/6168/version/1/html|date=29 July 2011}}</ref> 탈인산화는 다양한 온도에 반응하는 가소성의 동인으로 간주되고 있다. 광합성을 할 때 [[틸라코이드]] 막에서 가속화되는 단백질의 탈인산화는 고온에서 일어나며, 광계 II 내의 주요 단백질들의 탈인산화에 직접적인 영향을 미친다.<ref>{{저널 인용|last=Rokka|first=A|author2=Aro, EM |author3=Herrmann, RG |author4=Andersson, B |author5= Vener, AV |title=Dephosphorylation of photosystem II reaction center proteins in plant photosynthetic membranes as an immediate response to abrupt elevation of temperature.|journal=Plant Physiology|date=Aug 2000|volume=123|issue=4|pages=1525–36|pmid=10938368|doi=10.1104/pp.123.4.1525 |pmc=59108}}</ref>

== 질병에서 탈인산화의 역할 ==
=== 병리학 ===
[[위장관]]에서 막 [[ATPase]] 및 [[양성자 펌프]]의 과도한 탈인산화는 가성 소화산의 분비율을 증가시킨다. 이로 인해 속쓰림과 [[식도염]]이 발생한다. [[헬리코박터 파일로리]]의 감염과 함께 소화성 궤양염은 낮은 pH에서 탈인산화가 유발되어 발생한다.<ref name="Robinson 709-15">{{저널 인용|last=Robinson|first=M|title=Proton pump inhibitors: update on their role in acid-related gastrointestinal diseases.|journal=International Journal of Clinical Practice|date=Jun 2005|volume=59|issue=6|pages=709–15|pmid=15924600|doi=10.1111/j.1368-5031.2005.00517.x}}</ref>

[[미세소관]] 관련 단백질인 타우는 [[알츠하이머병]]을 앓고 있는 환자의 뇌에서 분리될 때 비정상적으로 과인산화(hyperphosphorylation)된다. 이것은 타우 단백질의 특정 아미노산에서 탈인산화 메커니즘의 기능 장애 때문이다. 타우 단백질의 탈인산화는 단백질 인산가수분해효소-2A와 단백질 인산가수분해효소-2B에 의해 촉매된다. 하나 또는 두 효소의 결핍이나 변형은 알츠하이머병에서 타우의 비정상적인 인산화와 관련될 수 있다.<ref name="pmid7838376">{{저널 인용|vauthors=Gong CX, Grundke-Iqbal I, Iqbal K |title=Dephosphorylation of Alzheimer's disease abnormally phosphorylated tau by protein phosphatase-2A |journal=Neuroscience |volume=61 |issue=4 |pages=765–72 |date=August 1994 |pmid=7838376 |doi= 10.1016/0306-4522(94)90400-6}}</ref>

또한 탈인산화는 [[심장 질환]], 특히 심장 박동의 근본적인 힘을 제공하는 것의 핵심인 [[액틴]]-[[마이오신]] 상호작용의 변화와 관련이 있다. 탈인산화는 액틴-마이오신 상호작용을 직접적으로 조절하는 마이오신 순환 반응속도론의 핵심적인 부분이다. 탈인산화 과정이 중단되면 [[칼슘]] 의존적 심장 수축이 손상되거나 완전히 비활성화된다.<ref name="pmid22426213">{{저널 인용|vauthors=Sheikh F, Ouyang K, Campbell SG |title=Mouse and computational models link Mlc2v dephosphorylation to altered myosin kinetics in early cardiac disease |journal=J. Clin. Invest. |volume=122 |issue=4 |pages=1209–21 |date=April 2012 |pmid=22426213 |pmc=3314469 |doi=10.1172/JCI61134 |display-authors=etal}}</ref>

연구는 또한 탈인산화에 대한 변형이 [[당뇨병]]과 관련된 생리 과정에 영향을 미친다고 제안했다. 인슐린 수용체 기질-1/2, Akt, ERK1/2, [[인단백질]]의 탈인산화에 대한 반응속도론은 인슐린 수용체 신호전달에 관여하는 것으로 나타났으며, [[생체외|생체 외]] 모델은 탈인산화 반응속도론의 변화가 [[인슐린]] 자극의 상류 및 하류에 영향을 미친다는 것을 보여준다.<ref name="pmid17068339">{{저널 인용|vauthors=Zhande R, Zhang W, Zheng Y |title=Dephosphorylation by default, a potential mechanism for regulation of insulin receptor substrate-1/2, Akt, and ERK1/2 |journal=J. Biol. Chem. |volume=281 |issue=51 |pages=39071–80 |date=December 2006 |pmid=17068339 |doi=10.1074/jbc.M605251200 |display-authors=etal|doi-access=free }}</ref>

=== 치료 ===
양성자 펌프의 저해<ref name="Robinson 709-15"/>는 [[위장관]]의 [[산성도]]를 현저하게 감소시켜 산과 관련된 질환의 증상을 완화시킨다. 그 결과 pH의 변화는 소화성 궤양의 주요 원인인 헬리코박터 파일로리 세균의 생존을 감소시킨다. 양성자 펌프 저해제가 장 내에서 이러한 [[세균]]의 증식을 억제시키면, 침식성 역류가 호전된다. 탈인산화를 통해 [[AMP 활성 단백질 인산화효소]](AMPK)를 저해하는 약물의 사용으로 심장병 치료법이 개선되었다.<ref>{{저널 인용|last=Hutchinson|first=DS|author2=Summers, RJ |author3=Bengtsson, T |title=Regulation of AMP-activated protein kinase activity by G-protein coupled receptors: potential utility in treatment of diabetes and heart disease.|journal=Pharmacology & Therapeutics|date=Sep 2008|volume=119|issue=3|pages=291–310|pmid=18606183|doi=10.1016/j.pharmthera.2008.05.008}}</ref> 당뇨병 치료에서 [[설포닐유레아]]는 포도당 운반체인 [[GLUT4]]의 탈인산화를 자극하여 인슐린 저항성을 감소시키고, [[포도당]]의 이용률을 증가시킬 수 있다.<ref>{{저널 인용|last=Müller|first=G|author2=Wied, S|title=The sulfonylurea drug, glimepiride, stimulates glucose transport, glucose transporter translocation, and dephosphorylation in insulin-resistant rat adipocytes in vitro.|journal=Diabetes|date=Dec 1993|volume=42|issue=12|pages=1852–67|pmid=8243832|doi=10.2337/diabetes.42.12.1852|url=https://epub.ub.uni-muenchen.de/8701/1/8701.pdf}}</ref>

== 연구 응용 ==
탈인산화는 [[분자생물학]], 특히 [[제한 효소]]를 사용한 클로닝에서 중요한 역할을 할 수 있다. [[클로닝 벡터]]의 절단된 말단은 인산화로 인해 연결 단계 동안 다시 결합될 수 있다. 탈인산화 인산가수분해효소를 사용하면 재결합을 막을 수 있다.<ref name="Cloning manual">{{서적 인용|last=Sambrook|first=J|title=Molecular Cloning: A Laboratory Manual|url=https://archive.org/details/molecularcloning0000samb|url-access=registration|year=1989|publisher=Cold Spring Harbor Laboratory Press|edition=2nd|author2=Fritsch, E.F.|author3=Maniatis, T.}}</ref> 이러한 알칼리성 인산가수분해효소는 종종 자연으로부터 얻을 수 있으며, 가장 일반적인 것은 송아지 장에서 얻을 수 있는 [[송아지 장내 알칼리성 인산가수분해효소]](CIP)이다.<ref name="pmid19838171">{{저널 인용|vauthors=Makovets S, Blackburn EH |title=DNA damage signalling prevents deleterious telomere addition at DNA breaks |journal=Nat. Cell Biol. |volume=11 |issue=11 |pages=1383–6 |date=November 2009 |pmid=19838171 |pmc=2806817 |doi=10.1038/ncb1985 }}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[인산가수분해효소]]
* [[가인산분해효소]]
* [[인산화]]
* [[인산화효소]]

== 각주 ==
{{각주}}

{{단백질의 일차 구조}}

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