Fosforilēšana ir ķīmisks process, kurā savienojumam pievieno fosfātu grupu (PO43-). Tas parasti attiecas uz organisko ķīmiju un ir ļoti svarīgs visiem dzīviem organismiem. Process ir iesaistīts proteīnu sintēzē un adenozīna trifosfāta (ATP) ražošanā — molekulā, kas uzglabā un piegādā enerģiju. Tam ir arī izšķiroša nozīme dažādos ķīmiskos signalizācijas un regulēšanas mehānismos šūnā, mainot dažādu proteīnu struktūru un mainot to aktivitātes.
Parasti enerģija ir nepieciešama bioķīmiskajām reakcijām, kas ietver fosfātu grupas pievienošanu molekulai. Bieži vien šī enerģija nāk no ATP molekulām. ATP satur trīs fosfātu grupas, no kurām viena ir viegli noņemama. Šīs grupas noņemšana atbrīvo ievērojamu enerģiju, ko var izmantot, lai aktivizētu fosforilēšanas reakciju, kurā fosfātu grupa tiek pievienota citai molekulai, piemēram, glikozei. Tādējādi fosfātu grupas var viegli pārnest no ATP uz citām molekulām.
Tomēr šīm reakcijām ir jāsavieno ATP un receptoru molekula, lai varētu notikt pārnese. To panāk ar fermentiem, kas pazīstami kā kināzes. Tie ir lieli, sarežģīti proteīni, kas var saturēt vairākus simtus aminoskābju. Fermenta formai ir izšķiroša nozīme: kināzes enzīma struktūra ir tāda, ka gan ATP, gan receptora molekulu var izmitināt tiešā tuvumā, lai ļautu reakcijai turpināties. Piemērs ir glicerīna kināze, kas atvieglo fosfātu grupas pāreju no ATP uz glicerīnu; tā ir daļa no procesa, kurā veidojas fosfolipīdi, kurus izmanto šūnu membrānās.
Pats ATP ražo labi zināms fosforilēšanas process, ko sauc par oksidatīvo fosforilāciju, kurā adenozīna difosfātam (ADP) pievieno fosfātu grupu, lai iegūtu ATP. Enerģija šim procesam galu galā nāk no pārtikas, ko mēs ēdam, bet, konkrētāk, no glikozes oksidācijas. Tas ir ļoti sarežģīts process ar daudziem posmiem, bet vienkāršā izteiksmē glikozes enerģija tiek izmantota, lai izveidotu divus savienojumus, kas pazīstami kā NADH un FADH2, kas nodrošina enerģiju pārējai reakcijai. Savienojumi ir reducējoši līdzekļi, kas viegli sadalās ar elektroniem, lai tos varētu oksidēt. Fosfātu grupas tiek pievienotas ATP molekulām, izmantojot enerģiju, kas izdalās, oksidējoties NADH un FADH2; šo reakciju veicina enzīms ATP sintetāze.
Daudzas dažādas kināzes ir atrodamas gan augos, gan dzīvniekos. Sakarā ar to nozīmi tik daudzos šūnu procesos, fosforilācijas tests ir kļuvis par parastu laboratorijas procedūru. Tas ietver šūnu materiāla paraugu testēšanu, lai pārbaudītu, vai ir notikusi olbaltumvielu fosforilēšanās, un dažos gadījumos mēra tās apjomu. Fosforilācijas pārbaudei tiek izmantotas vairākas dažādas metodes, tostarp fosfātu grupu marķēšana ar radioizotopiem, fosforilētajam proteīnam raksturīgu antivielu izmantošana un masas spektrometrija.
Sākot ar 2011. gadu, īpašas intereses joma ir papildu signālu regulētās kināzes (ERK) — enzīmi, kas ir iesaistīti signalizācijas darbībās šūnā. ERK fosforilācijai ir nozīme dažādu šūnu funkciju regulēšanā, ieskaitot mitozi un citus procesus, kas saistīti ar šūnu dalīšanos. Šis process attiecas uz dažām vēža pētniecības jomām, jo to var aktivizēt kancerogēnas vielas un vīrusu infekcijas, izraisot nekontrolētu šūnu dalīšanos un citas ar vēzi saistītas sekas. Pašlaik tiek pētītas iespējamās vēža ārstēšanas metodes, kas ietver šī procesa kavēšanu. Lai pārbaudītu dažādu vielu efektivitāti šajā lomā, var izmantot fosforilācijas testu.