Fosforylaatio on kemiallinen prosessi, jossa fosfaattiryhmä (PO43-) lisätään yhdisteeseen. Se koskee yleensä orgaanista kemiaa ja on ratkaiseva kaikille eläville organismeille. Prosessi liittyy proteiinisynteesiin ja adenosiinitrifosfaatin (ATP) – molekyylin, joka varastoi ja toimittaa energiaa, tuotantoon. Sillä on myös ratkaiseva rooli solun erilaisissa kemiallisissa signalointi- ja säätelymekanismeissa muuttamalla eri proteiinien rakennetta ja muuttamalla niiden toimintaa.
Normaalisti energiaa tarvitaan biokemiallisiin reaktioihin, joihin liittyy fosfaattiryhmän lisääminen molekyyliin. Usein tämä energia tulee ATP -molekyyleistä. ATP sisältää kolme fosfaattiryhmää, joista yksi on helppo poistaa. Tämän ryhmän poistaminen vapauttaa huomattavaa energiaa, jota voidaan käyttää mahdollistamaan fosforylaatioreaktio, jossa fosfaattiryhmä lisätään toiseen molekyyliin – esimerkiksi glukoosiin. Siten fosfaattiryhmiä voidaan helposti siirtää ATP: stä muihin molekyyleihin.
Nämä reaktiot edellyttävät kuitenkin ATP: n ja reseptorimolekyylin yhdistämistä, jotta siirto voi tapahtua. Tämä saavutetaan kinaaseina tunnetuilla entsyymeillä. Nämä ovat suuria, monimutkaisia proteiineja, jotka voivat sisältää useita satoja aminohappoja. Entsyymin muoto on ratkaiseva: kinaasientsyymin rakenne on sellainen, että sekä ATP että reseptorimolekyyli voidaan sijoittaa lähelle reaktion etenemistä. Esimerkki on glyserolikinaasi, joka helpottaa fosfaattiryhmän siirtymistä ATP: stä glyseroliin; tämä on osa prosessia, joka tuottaa fosfolipidejä, joita käytetään solukalvoissa.
ATP tuotetaan itse tunnetulla fosforylaatioprosessilla, jota kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi, jossa fosfaattiryhmä lisätään adenosiinidifosfaattiin (ADP) ATP: n tuottamiseksi. Energia tähän prosessiin tulee lopulta syömästämme ruoasta, mutta tarkemmin sanottuna glukoosin hapettumisesta. Se on hyvin monimutkainen prosessi, jossa on monia vaiheita, mutta yksinkertaisesti sanottuna glukoosista saatavaa energiaa käytetään muodostamaan kaksi yhdistettä, jotka tunnetaan nimellä NADH ja FADH2, jotka tarjoavat energiaa reaktion loppuosalle. Yhdisteet ovat pelkistäviä aineita, jotka helposti eroavat elektronien kanssa, jotta ne voidaan hapettaa. Fosfaattiryhmiä lisätään ATP -molekyyleihin käyttämällä energiaa, joka vapautuu NADH: n ja FADH2: n hapettumisesta; tätä reaktiota helpottaa ATP -syntetaasi -entsyymi.
Monia erilaisia kinaaseja löytyy sekä kasveista että eläimistä. Koska niiden merkitys niin monissa soluprosesseissa on fosforylaatiomäärityksestä tullut yleinen laboratoriomenetelmä. Tämä edellyttää solumateriaalinäytteiden testaamista sen tarkistamiseksi, onko proteiinin fosforylaatio tapahtunut, ja joissakin tapauksissa sen laajuuden mittaamista. Fosforylaation tarkistamiseen käytetään useita erilaisia menetelmiä, mukaan lukien fosfaattiryhmien leimaaminen radioisotoopilla, fosforyloidulle proteiinille spesifisten vasta -aineiden käyttö ja massaspektrometria.
Vuodesta 2011 lähtien erityisen signaalin säätelemät kinaasit (ERK)-entsyymit, jotka osallistuvat signalointitoimintoihin solussa-ovat erityisen kiinnostavia alueita. ERK -fosforylaatiolla on rooli erilaisten solutoimintojen säätelyssä, mukaan lukien mitoosi ja muut solunjakautumiseen liittyvät prosessit. Tämä prosessi on olennainen joillakin syöpätutkimuksen aloilla, koska se voi aktivoitua syöpää aiheuttavilla aineilla ja virusinfektioilla, mikä johtaa hallitsemattomaan solujakautumiseen ja muihin syöpään liittyviin vaikutuksiin. Tutkimusta mahdollisista syöpähoidoista, joihin liittyy tämän prosessin estäminen, on käynnissä. Fosforylaatiomääritystä voidaan käyttää eri aineiden tehokkuuden testaamiseen tässä roolissa.