Fosforylering är en kemisk process där en fosfatgrupp (PO43-) tillsätts till en förening. Det gäller normalt organisk kemi och är avgörande för alla levande organismer. Processen är involverad i proteinsyntes och i produktionen av adenosintrifosfat (ATP) – en molekyl som lagrar och tillför energi. Det spelar också en avgörande roll i olika kemiska signalerings- och regleringsmekanismer inom cellen genom att modifiera strukturen hos olika proteiner och förändra deras aktiviteter.
Normalt krävs energi för de biokemiska reaktioner som innebär tillsats av en fosfatgrupp till en molekyl. Ofta kommer denna energi från ATP-molekyler. ATP innehåller tre fosfatgrupper, varav en lätt tas bort. Avlägsnandet av denna grupp frigör avsevärd energi, som kan användas för att möjliggöra en fosforyleringsreaktion där fosfatgruppen läggs till en annan molekyl – till exempel glukos. Således kan fosfatgrupper enkelt överföras från ATP till andra molekyler.
Dessa reaktioner kräver dock att ATP och receptormolekylen sammanförs så att överföringen kan ske. Detta uppnås av enzymer som kallas kinaser. Dessa är stora, komplexa proteiner, som kan innehålla flera hundra aminosyror. Enzymets form är avgörande: strukturen hos ett kinasenzym är sådan att både ATP och receptormolekylen kan rymmas i omedelbar närhet för att reaktionen ska kunna fortgå. Ett exempel är glycerolkinas, som underlättar överföringen av en fosfatgrupp från ATP till glycerol; detta är en del av processen som producerar fosfolipider, som används i cellmembran.
ATP produceras själv genom en välkänd fosforyleringsprocess som kallas oxidativ fosforylering, där en fosfatgrupp tillsätts till adenosindifosfat (ADP) för att producera ATP. Energin för denna process kommer i slutändan från maten vi äter, men mer specifikt oxidationen av glukos. Det är en mycket komplex process med många steg, men enkelt uttryckt används energin från glukos för att bilda två föreningar, kända som NADH och FADH2, som ger energin för resten av reaktionen. Föreningarna är reduktionsmedel som lätt delar sig med elektroner, så att de kan oxideras. Fosfatgrupper tillsätts till ATP-molekyler med hjälp av den energi som frigörs genom oxidationen av NADH och FADH2; denna reaktion underlättas av enzymet ATP-syntetas.
Många olika kinaser finns i både växter och djur. På grund av deras betydelse i så många cellulära processer har en fosforyleringsanalys blivit en vanlig laboratorieprocedur. Det handlar om att testa prover av cellmaterial för att kontrollera om proteinfosforylering har skett och i vissa fall mäta dess omfattning. Det finns ett antal olika metoder som används för att kontrollera fosforylering, inklusive märkning av fosfatgrupper med radioisotoper, användning av antikroppar specifika för det fosforylerade proteinet och masspektrometri.
Från och med 2011 är extra signalreglerade kinaser (ERK) – enzymer som är involverade i signaleringsaktiviteter inom cellen – ett område av särskilt intresse. ERK-fosforylering spelar en roll för att reglera olika cellfunktioner, inklusive mitos och andra processer relaterade till celldelning. Denna process är relevant för vissa områden av cancerforskningen eftersom den kan aktiveras av cancerframkallande ämnen och av virusinfektioner, vilket leder till okontrollerad celldelning och andra cancerrelaterade effekter. Forskning om möjliga cancerbehandlingar som innebär att hämma denna process pågår. En fosforyleringsanalys kan användas för att testa olika substanser för deras effektivitet i denna roll.