Fosforyleringsställen är särskilda områden av molekyler som genomgår tillägg eller avlägsnande av en fosfatgrupp känd som PO4. De är särskilt viktiga för regleringen av proteiner i cellen. Fosforylering kan aktivera eller deaktivera proteinet och är ett viktigt sätt att reglera vägar i cellen. Ett enda protein kan ha många fosforyleringsställen, och varje enskild cell kan ha tusentals av dem. Vissa resultat av fosforylering som gått snett kan inkludera cancer och diabetes.
Proteiner som kan fosforyleras inkluderar proteinenzymer, som kraftigt påskyndar reaktionshastigheten. Fosforyleringen av ett protein kan ändra dess funktion eller lokalisering i cellen. Individuella enzymer varierar i om deras aktiva form har fosforyleringsstället fosforylerat eller tomt.
Receptorer är också viktiga ställen för fosforylering. Dessa sänder signaler och signaltransduktionsvägar regleras ofta av fosforyleringsställen. En av faktorerna som gör dem fördelaktiga för reglering är att tidpunkten för signalreaktionerna kan variera från timmar till mindre än en sekund. Fosforyleringsvägarna kan vara mycket komplexa med en serie proteiner som sekventiellt fosforylerar nästa. Detta leder till förstärkning av en väg.
Ett protein som tillför ett fosfat kallas kinas. Dessa reglerar ett stort antal reaktioner inom cellen. Proteiner som tar bort en fosforylgrupp kallas fosfataser.
Kinaser erhåller fosfatgruppen från adenosintrifosfat (ATP). De lägger till fosfatgruppen till en av tre aminosyror – serin, treonin eller tyrosin. Andra kan verka på alla tre, eller till och med på ytterligare aminosyror som histidin. Vissa kinaser har flera specificiteter och kan verka på mer än ett mål. Sådan bred målspecificitet tillåter koordinerad reglering av flera vägar med en signal.
En mycket viktig undergrupp av kinaser är serin/treonin-proteinkinaserna. Deras fosforyleringsställe är OH-gruppen av serin eller treonin. Fosforylering av dessa kinaser kan regleras av kemiska signaler, såväl som av händelser som DNA-skada. MAP-kinaser är en väl studerad grupp av denna typ, och en undergrupp av MAP-kinaser är känd som extracellulära signalreglerade kinaser (ERK).
ERK-fosforylering är allmänt uttryckt som en intracellulär signalmekanism. Det som är viktigt med dessa ERK-kinaser är att de överför extracellulära signaler och förstärker dem inuti cellen. Vägen aktiveras av många olika extracellulära faktorer, inklusive tillväxtfaktorer, hormoner och cancerframkallande ämnen. ERK-vägen är störd i många cancerformer.
Proteinfosforylering, och platsen för fosforyleringsställen i synnerhet, är ett mycket aktivt studieområde. Upp till hälften av proteinerna i en cell kan fosforyleras. Olika företag är specialiserade på att förutsäga vilka delar av ett protein som kan fosforyleras.
Proteinfosforyleringsanalysen använder i allmänhet antikroppar. Dessa är proteiner som produceras av ett djurs immunsystem som är specifika för främmande inkräktare. Det finns hundratals antikroppar som är specifika för strukturella förändringar inducerade av fosforylering. Proteiner körs på en gel som separeras efter storlek och laddning, och är känd som 2-dimensionell elektrofores. Den behandlas sedan med den fosfospecifika antikroppen för att fastställa skillnader i struktur.
Det bör noteras att andra typer av molekyler också kan fosforyleras. Till exempel är fosforyleringen av sockerarter en viktig del av cellulär metabolism. Den energiproducerande metaboliska vägen glykolys är ett sådant exempel. Det första steget i nedbrytningen av glukos är fosforyleringen av en OH-grupp på glukosmolekylen.
Fosforyleringen av adenosindifosfat (ADP) till ATP är avgörande för att många av cellens energikrävande reaktioner ska kunna äga rum. ATP är en högenergimolekyl och avger energi när den donerar en fosfatgrupp. Proteinsyntes är bland de många viktiga cellulära processer som drivs av ATP.