Locurile de fosforilare sunt zone particulare de molecule care suferă adăugarea sau îndepărtarea unei grupări fosfat cunoscute sub numele de PO4. Ele sunt deosebit de importante pentru reglarea proteinelor din celulă. Fosforilarea poate activa sau dezactiva proteina și este o modalitate importantă de reglare a căilor din celulă. O singură proteină poate avea multe locuri de fosforilare și fiecare celulă individuală poate avea mii de ele. Unele rezultate ale fosforilării eșuate pot include cancerul și diabetul.
Proteinele care pot fi fosforilate includ enzime proteice, care accelerează foarte mult viteza reacțiilor. Fosforilarea unei proteine poate modifica funcția sau localizarea acesteia în celulă. Enzimele individuale variază dacă forma lor activă are locul de fosforilare fosforilat sau gol.
Receptorii sunt, de asemenea, locuri importante de fosforilare. Acestea transmit semnale, iar căile de transducție a semnalului sunt adesea reglate de situsurile de fosforilare. Unul dintre factorii care le face avantajoase pentru reglare este faptul că timpul reacțiilor de semnalizare poate varia de la ore la mai puțin de o secundă. Căile de fosforilare pot fi foarte complexe, cu o serie de proteine care fosforilează secvenţial pe următoarea. Acest lucru duce la amplificarea unei căi.
O proteină care adaugă un fosfat se numește kinază. Acestea reglează un număr mare de reacții în interiorul celulei. Proteinele care elimină o grupare fosforil se numesc fosfataze.
Kinazele obțin gruparea fosfat din adenozin trifosfat (ATP). Ei adaugă gruparea fosfat la unul dintre cei trei aminoacizi – serină, treonină sau tirozină. Alții pot acționa asupra tuturor celor trei sau chiar asupra aminoacizilor suplimentari precum histidina. Unele kinaze au mai multe specificități și pot acționa asupra mai multor ținte. O astfel de specificitate largă a țintei permite reglarea coordonată a mai multor căi de către un singur semnal.
Un subgrup foarte important de kinaze este serină/treonină protein kinaze. Locul lor de fosforilare este grupul OH al serinei sau treoninei. Fosforilarea de către aceste kinaze poate fi reglată prin semnale chimice, precum și prin evenimente precum deteriorarea ADN-ului. Kinazele MAP sunt un grup bine studiat de acest tip, iar un subgrup de kinaze MAP este cunoscut sub numele de kinaze reglate de semnal extracelular (ERK).
Fosforilarea ERK este exprimată pe scară largă ca un mecanism de semnalizare intracelulară. Ceea ce este important la aceste kinaze ERK este că transmit semnale extracelulare și le amplifică în interiorul celulei. Calea este activată de mulți factori extracelulari diferiți, inclusiv factori de creștere, hormoni și agenți cancerigeni. Calea ERK este perturbată în multe tipuri de cancer.
Fosforilarea proteinelor și, în special, localizarea situsurilor de fosforilare, este un domeniu de studiu extrem de activ. Până la jumătate din proteinele dintr-o celulă pot fi fosforilate. Diverse companii sunt specializate în prezicerea zonelor unei proteine care pot fi fosforilate.
Testul de fosforilare a proteinelor utilizează în general anticorpi. Acestea sunt proteine produse de sistemul imunitar al unui animal care sunt specifice invadatorilor străini. Există sute de anticorpi care sunt specifici pentru modificările structurale induse de fosforilare. Proteinele sunt rulate pe un gel care se separă după dimensiune și sarcină și este cunoscută sub numele de electroforeză bidimensională. Apoi este tratat cu anticorpul fosfo-specific pentru a determina diferențele de structură.
Trebuie menționat că și alte tipuri de molecule pot fi fosforilate. De exemplu, fosforilarea zaharurilor este o parte importantă a metabolismului celular. Glicoliza căii metabolice producătoare de energie este un astfel de exemplu. Primul pas în descompunerea glucozei este fosforilarea unei grupări OH pe molecula de glucoză.
Fosforilarea adenozin difosfatului (ADP) la ATP este esențială pentru ca multe dintre reacțiile celulare consumatoare de energie să aibă loc. ATP este o moleculă de înaltă energie și emite energie atunci când donează un grup fosfat. Sinteza proteinelor este printre multele procese celulare importante alimentate de ATP.