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生化学において、リン酸化は、リン酸基が供与体から受容体へ転移すること[ 1 ]、または分子にリン酸基が付加されることとして説明される。一般的なリン酸化剤（リン酸供与体）はATPであり、一般的な受容体ファミリーはアルコール類である。
この式は、ATP、ADP、およびリン酸化生成物のさまざまなプロトン化状態の挙動を記述する、ほぼ同等のいくつかの方法で記述できます。式から明らかなように、リン酸基そのものが転移するのではなく、リン酸基（PO 3 -）が転移します。 リン酸基は求電子剤です。[ 2 ] このプロセスとその逆である脱リン酸化は、生物学では一般的です。[ 3 ]タンパク質のリン酸化は、多くの場合、多くの酵素を活性化（または不活性化）します。[ 4 ] [ 5 ]
リン酸化はATP（GTPなど）の消費という観点から議論されることが多いが、これらのエネルギー豊富な分子の生成にも関与しているに違いない。ATPは以下の方法で生成される。
糖のリン酸化は、糖の異化の最初の段階であることが多い。リン酸化によって細胞は糖を蓄積することができる。なぜなら、リン酸基が糖分子が輸送体を通って逆拡散するのを防ぐからである。グルコースのリン酸化は、糖代謝における重要な反応である。解糖の最初の段階におけるD-グルコースからD-グルコース-6-リン酸への変換の化学式は次のとおりである。
グルコースはヘキソキナーゼという酵素によって触媒され、グルコース-6-リン酸に変換される。フルクトース-6-リン酸はフルクトース-1,6-ビスリン酸に変換される。この反応はホスホフルクトキナーゼによって触媒される。
グリセルアルデヒド-3-リン酸は再びリン酸化されて1,3-ビスホスホグリセリン酸となる。この反応はグリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼ（GAPDH）によって触媒される。
グルコースのグルコース6-リン酸へのリン酸化は、グリコーゲン合成酵素の調節に役割を果たしている。
グルコースはATP-D-グルコース6-ホスホトランスフェラーゼと非特異的ヘキソキナーゼ（ATP-D-ヘキソース6-ホスホトランスフェラーゼ）によってリン酸化されてグルコース6-リン酸となり、膜を通過できるようになる。 [ 6 ] [ 7 ]肝細胞はグルコースに対して自由に透過性があり、グルコースのリン酸化の初期速度が肝臓におけるグルコース代謝の律速段階である。[ 6 ]
肝臓がグルコースを二酸化炭素とグリコーゲンに分解することで血糖値を制御する上で果たす重要な役割は、負のギブズ自由エネルギー（ΔG）値によって特徴づけられ、これは調節点であることを示しています。ヘキソキナーゼ酵素はミカエリス定数（K m ）が低く、グルコースに対する親和性が高いことを示しているため、この最初のリン酸化は、血液中のグルコース濃度がナノスケールであっても進行することができます。
グルコースのリン酸化は、フルクトース6-リン酸（F6P）の結合によって促進され、フルクトース1-リン酸（F1P）の結合によって抑制される。食事から摂取したフルクトースは肝臓でF1Pに変換される。これにより、グルコキナーゼに対するF6Pの作用が打ち消され、[ 6 ]最終的に順方向反応が促進される。肝細胞のフルクトースをリン酸化する能力は、フルクトース-1-リン酸を代謝する能力を上回る。過剰なフルクトースを摂取すると、最終的に肝臓の代謝バランスが崩れ、間接的に肝細胞のATP供給が枯渇する。[ 8 ]
エフェクターとして作用するグルコース-6-リン酸によるアロステリック活性化はグリコーゲンシンターゼを刺激し、グルコース-6-リン酸はサイクリックAMP刺激プロテインキナーゼによるグリコーゲンシンターゼのリン酸化を阻害する可能性がある。[ 7 ]
グルコースのリン酸化は体内のプロセスにおいて不可欠である。例えば、グルコースのリン酸化は心臓におけるインスリン依存性ラパマイシン標的タンパク質経路の活性に必要である。これは中間代謝と心臓の成長との関連性をさらに示唆している。[ 9 ]
タンパク質のリン酸化は、真核生物で最も一般的な翻訳後修飾です。最も一般的なリン酸化アミノ酸残基は、セリン、トレオニン、チロシンで、その比率は1800:200:1です。[ 10 ]これらの残基の側鎖のリン酸化は、ホスホエステル結合の形成によって、ヒスチジン、リジン、アルギニンのリン酸化はホスホラミデート結合によって、アスパラギン酸とグルタミン酸のリン酸化は混合無水物結合によって行われます。
タンパク質のリン酸化は、ヒトの非標準アミノ酸でよく見られ、HeLa細胞抽出物にはリン酸化ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、システイン、アルギニン、リジンを含むモチーフが含まれています。[ 11 ]ヒスチジンはイミダゾール環の1番目と3番目のN原子の両方でリン酸化されます。[ 12 ] [ 13 ] リン酸化チロシンは、リン酸化セリンやリン酸化トレオニンよりもはるかに安定しており、これらは他のリン酸化アミノ酸よりも安定しています。[ 10 ]そのため、標準的な生化学的および質量分析法を使用してリン酸化ヒスチジン（およびその他の非標準アミノ酸）を分析することは非常に困難です。[ 11 ] [ 14 ] [ 15 ]また、古典的なSer、Thr、Tyrのリン酸化と並行して保存するためには、特別な手順と分離技術が必要です。[ 16 ]
生化学におけるタンパク質リン酸化の重要な役割は、このテーマに関する数多くの論文によって示されている（2015年3月現在、MEDLINEデータベースには24万件以上の論文がヒットしており、そのほとんどがタンパク質リン酸化に関するものである）。
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