Οι θέσεις φωσφορυλίωσης είναι συγκεκριμένες περιοχές μορίων που υφίστανται την προσθήκη ή την αφαίρεση μιας φωσφορικής ομάδας γνωστής ως PO4. Είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τη ρύθμιση των πρωτεϊνών στο κύτταρο. Η φωσφορυλίωση μπορεί να ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσει την πρωτεΐνη και είναι ένας σημαντικός τρόπος ρύθμισης των οδών στο κύτταρο. Μια μεμονωμένη πρωτεΐνη μπορεί να έχει πολλές θέσεις φωσφορυλίωσης και κάθε μεμονωμένο κύτταρο μπορεί να έχει χιλιάδες από αυτές. Μερικά αποτελέσματα της λανθασμένης φωσφορυλίωσης μπορεί να περιλαμβάνουν καρκίνο και διαβήτη.
Οι πρωτεΐνες που μπορούν να φωσφορυλιωθούν περιλαμβάνουν πρωτεϊνικά ένζυμα, τα οποία επιταχύνουν πολύ την ταχύτητα των αντιδράσεων. Η φωσφορυλίωση μιας πρωτεΐνης μπορεί να αλλάξει τη λειτουργία ή τον εντοπισμό της στο κύτταρο. Τα μεμονωμένα ένζυμα ποικίλλουν ως προς το αν η ενεργή τους μορφή έχει τη θέση φωσφορυλίωσης φωσφορυλιωμένη ή άδεια.
Οι υποδοχείς είναι επίσης σημαντικές θέσεις φωσφορυλίωσης. Αυτά τα σήματα μετάδοσης και οι οδοί μεταγωγής σήματος συχνά ρυθμίζονται από θέσεις φωσφορυλίωσης. Ένας από τους παράγοντες που τα καθιστά πλεονεκτικά για τη ρύθμιση είναι ότι ο χρονισμός των αντιδράσεων σηματοδότησης μπορεί να ποικίλλει από ώρες έως λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. Οι οδοί της φωσφορυλίωσης μπορεί να είναι εξαιρετικά πολύπλοκες με μια σειρά πρωτεϊνών που φωσφορυλιώνονται διαδοχικά την επόμενη. Αυτό οδηγεί σε ενίσχυση μιας διαδρομής.
Μια πρωτεΐνη που προσθέτει ένα φωσφορικό άλας ονομάζεται κινάση. Αυτά ρυθμίζουν μεγάλο αριθμό αντιδράσεων μέσα στο κύτταρο. Οι πρωτεΐνες που αφαιρούν μια ομάδα φωσφορυλίου ονομάζονται φωσφατάσες.
Οι κινάσες λαμβάνουν τη φωσφορική ομάδα από τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Προσθέτουν τη φωσφορική ομάδα σε ένα από τα τρία αμινοξέα – σερίνη, θρεονίνη ή τυροσίνη. Άλλα μπορούν να δράσουν και στα τρία, ή ακόμα και σε πρόσθετα αμινοξέα όπως η ιστιδίνη. Ορισμένες κινάσες έχουν πολλαπλές ειδικότητες και μπορούν να δράσουν σε περισσότερους από έναν στόχους. Μια τέτοια ευρεία εξειδίκευση στόχου επιτρέπει τη συντονισμένη ρύθμιση πολλαπλών μονοπατιών από ένα σήμα.
Μια πολύ σημαντική υποομάδα κινασών είναι οι πρωτεϊνικές κινάσες σερίνης/θρεονίνης. Η θέση φωσφορυλίωσης τους είναι η ομάδα ΟΗ της σερίνης ή της θρεονίνης. Η φωσφορυλίωση από αυτές τις κινάσες μπορεί να ρυθμιστεί από χημικά σήματα, καθώς και από γεγονότα όπως η βλάβη του DNA. Οι κινάσες MAP είναι μια καλά μελετημένη ομάδα αυτού του τύπου και μια υποομάδα κινασών MAP είναι γνωστή ως εξωκυτταρικές κινάσες που ρυθμίζονται με σήμα (ERK).
Η φωσφορυλίωση ERK εκφράζεται ευρέως ως ένας ενδοκυτταρικός μηχανισμός σηματοδότησης. Αυτό που είναι σημαντικό για αυτές τις κινάσες ERK είναι ότι μεταδίδουν εξωκυτταρικά σήματα και τα ενισχύουν μέσα στο κύτταρο. Η οδός ενεργοποιείται από πολλούς διαφορετικούς εξωκυτταρικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων αυξητικών παραγόντων, ορμονών και καρκινογόνων. Η οδός ERK διαταράσσεται σε πολλούς καρκίνους.
Η φωσφορυλίωση πρωτεϊνών, και ειδικότερα η θέση των θέσεων φωσφορυλίωσης, είναι ένα ιδιαίτερα ενεργό πεδίο μελέτης. Έως και οι μισές πρωτεΐνες σε ένα κύτταρο μπορούν να φωσφορυλιωθούν. Διάφορες εταιρείες ειδικεύονται στην πρόβλεψη ποιες περιοχές μιας πρωτεΐνης μπορούν να φωσφορυλιωθούν.
Η δοκιμασία φωσφορυλίωσης πρωτεΐνης γενικά χρησιμοποιεί αντισώματα. Αυτές είναι πρωτεΐνες που παράγονται από το ανοσοποιητικό σύστημα ενός ζώου και είναι ειδικές για ξένους εισβολείς. Υπάρχουν εκατοντάδες αντισώματα που είναι ειδικά για δομικές αλλαγές που προκαλούνται από τη φωσφορυλίωση. Οι πρωτεΐνες λειτουργούν σε μια γέλη που διαχωρίζεται κατά μέγεθος και φορτίο και είναι γνωστή ως ηλεκτροφόρηση 2 διαστάσεων. Κατόπιν υφίσταται επεξεργασία με το φωσφοειδικό αντίσωμα για να προσδιοριστούν οι διαφορές στη δομή.
Πρέπει να σημειωθεί ότι και άλλοι τύποι μορίων μπορούν επίσης να φωσφορυλιωθούν. Για παράδειγμα, η φωσφορυλίωση των σακχάρων είναι ένα σημαντικό μέρος του κυτταρικού μεταβολισμού. Η γλυκόλυση της μεταβολικής οδού που παράγει ενέργεια είναι ένα τέτοιο παράδειγμα. Το πρώτο βήμα στη διάσπαση της γλυκόζης είναι η φωσφορυλίωση μιας ομάδας ΟΗ στο μόριο της γλυκόζης.
Η φωσφορυλίωση της διφωσφορικής αδενοσίνης (ADP) σε ATP είναι απαραίτητη για να πραγματοποιηθούν πολλές από τις ενεργοβόρες αντιδράσεις του κυττάρου. Το ATP είναι ένα μόριο υψηλής ενέργειας και εκπέμπει ενέργεια όταν δωρίζει μια ομάδα φωσφορικών αλάτων. Η πρωτεϊνοσύνθεση είναι μεταξύ των πολλών σημαντικών κυτταρικών διεργασιών που τροφοδοτούνται από το ATP.