Fosforilasi adalah proses kimia di mana gugus fosfat (PO43-) ditambahkan ke suatu senyawa. Ini biasanya berlaku untuk kimia organik dan sangat penting untuk semua organisme hidup. Proses ini terlibat dalam sintesis protein dan dalam produksi adenosin trifosfat (ATP) — molekul yang menyimpan dan memasok energi. Ini juga memainkan peran penting dalam berbagai sinyal kimia dan mekanisme pengaturan di dalam sel dengan memodifikasi struktur berbagai protein dan mengubah aktivitasnya.
Biasanya, energi diperlukan untuk reaksi biokimia yang melibatkan penambahan gugus fosfat ke molekul. Seringkali, energi ini berasal dari molekul ATP. ATP mengandung tiga gugus fosfat, salah satunya mudah dihilangkan. Penghapusan kelompok ini melepaskan energi yang cukup besar, yang dapat digunakan untuk mengaktifkan reaksi fosforilasi di mana gugus fosfat ditambahkan ke molekul lain – misalnya, glukosa. Dengan demikian, gugus fosfat dapat dengan mudah ditransfer dari ATP ke molekul lain.
Reaksi-reaksi ini, bagaimanapun, membutuhkan ATP dan molekul reseptor disatukan sehingga transfer dapat terjadi. Ini dicapai oleh enzim yang dikenal sebagai kinase. Ini adalah protein besar dan kompleks, yang mungkin mengandung beberapa ratus asam amino. Bentuk enzim sangat penting: struktur enzim kinase sedemikian rupa sehingga ATP dan molekul reseptor dapat diakomodasi dalam jarak dekat untuk memungkinkan reaksi berlangsung. Contohnya adalah gliserol kinase, yang memfasilitasi transfer gugus fosfat dari ATP ke gliserol; ini adalah bagian dari proses yang menghasilkan fosfolipid, yang digunakan dalam membran sel.
ATP itu sendiri diproduksi oleh proses fosforilasi terkenal yang disebut fosforilasi oksidatif, di mana gugus fosfat ditambahkan ke adenosin difosfat (ADP) untuk menghasilkan ATP. Energi untuk proses ini pada akhirnya berasal dari makanan yang kita makan, tetapi lebih khusus lagi dari oksidasi glukosa. Ini adalah proses yang sangat kompleks dengan banyak langkah, tetapi secara sederhana, energi dari glukosa digunakan untuk membentuk dua senyawa, yang dikenal sebagai NADH dan FADH2, yang menyediakan energi untuk sisa reaksi. Senyawa tersebut merupakan zat pereduksi yang mudah berpisah dengan elektron, sehingga dapat teroksidasi. Gugus fosfat ditambahkan ke molekul ATP menggunakan energi yang dilepaskan oleh oksidasi NADH dan FADH2; reaksi ini difasilitasi oleh enzim ATP sintetase.
Banyak kinase yang berbeda ditemukan pada tumbuhan dan hewan. Karena pentingnya mereka dalam begitu banyak proses seluler, uji fosforilasi telah menjadi prosedur laboratorium yang umum. Ini melibatkan pengujian sampel bahan sel untuk memeriksa apakah fosforilasi protein telah terjadi dan, dalam beberapa kasus, mengukur luasnya. Ada sejumlah metode berbeda yang digunakan untuk memeriksa fosforilasi, termasuk pelabelan gugus fosfat dengan radioisotop, penggunaan antibodi khusus untuk protein terfosforilasi dan spektrometri massa.
Pada 2011, ekstra signal-regulated kinases (ERKs) — enzim yang terlibat dalam aktivitas pensinyalan di dalam sel — adalah area yang menarik. Fosforilasi ERK berperan dalam mengatur berbagai fungsi sel, termasuk mitosis dan proses lain yang terkait dengan pembelahan sel. Proses ini relevan untuk beberapa bidang penelitian kanker karena dapat diaktifkan oleh zat karsinogenik dan oleh infeksi virus, yang menyebabkan pembelahan sel yang tidak terkendali dan efek terkait kanker lainnya. Penelitian tentang kemungkinan perawatan kanker yang melibatkan penghambatan proses ini sedang berlangsung. Sebuah uji fosforilasi dapat digunakan untuk menguji zat yang berbeda untuk efektivitas mereka dalam peran ini.