Fosforilacija je kemični proces, pri katerem se spojini doda fosfatna skupina (PO43-). Običajno velja za organsko kemijo in je ključnega pomena za vse žive organizme. Proces je vključen v sintezo beljakovin in pri proizvodnji adenozin trifosfata (ATP) – molekule, ki shranjuje in oskrbuje energijo. Prav tako ima ključno vlogo pri različnih kemičnih signalnih in regulacijskih mehanizmih v celici, tako da spreminja strukturo različnih beljakovin in spreminja njihove aktivnosti.
Običajno je energija potrebna za biokemične reakcije, ki vključujejo dodajanje fosfatne skupine molekuli. Pogosto ta energija izvira iz molekul ATP. ATP vsebuje tri fosfatne skupine, od katerih se ena zlahka odstrani. Odstranitev te skupine sprosti precejšnjo energijo, ki jo je mogoče uporabiti za reakcijo fosforilacije, pri kateri se fosfatna skupina doda drugi molekuli – na primer glukozi. Tako se fosfatne skupine zlahka prenesejo z ATP na druge molekule.
Te reakcije pa zahtevajo, da se ATP in receptorska molekula združita, da se lahko izvede prenos. To dosežemo z encimi, znanimi kot kinaze. To so velike, kompleksne beljakovine, ki lahko vsebujejo več sto aminokislin. Oblika encima je ključnega pomena: struktura encima kinaze je taka, da se lahko tako ATP kot receptorska molekula namestita v neposredni bližini, da se reakcija lahko nadaljuje. Primer je glicerol kinaza, ki olajša prenos fosfatne skupine z ATP na glicerol; to je del procesa, ki proizvaja fosfolipide, ki se uporabljajo v celičnih membranah.
ATP se sam proizvaja z dobro znanim procesom fosforilacije, imenovanim oksidativna fosforilacija, pri katerem se fosfatna skupina dodaja adenozin difosfatu (ADP), da nastane ATP. Energija za ta proces na koncu prihaja iz hrane, ki jo zaužijemo, natančneje oksidacije glukoze. To je zelo zapleten proces z več koraki, toda preprosto povedano, energija iz glukoze se uporablja za tvorbo dveh spojin, znanih kot NADH in FADH2, ki zagotavljata energijo za preostanek reakcije. Spojine so redukcijska sredstva, ki se zlahka ločijo od elektronov, tako da jih je mogoče oksidirati. Fosfatne skupine se dodajo molekulam ATP z uporabo energije, ki se sprosti pri oksidaciji NADH in FADH2; to reakcijo olajša encim ATP sintetaza.
V rastlinah in živalih najdemo veliko različnih kinaz. Zaradi njihovega pomena v številnih celičnih procesih je fosforilacijski test postal običajen laboratorijski postopek. To vključuje testiranje vzorcev celičnega materiala, da se preveri, ali je prišlo do fosforilacije beljakovin, in v nekaterih primerih merjenje njenega obsega. Obstaja več različnih metod, ki se uporabljajo za preverjanje fosforilacije, vključno z označevanjem fosfatnih skupin z radioizotopi, uporabo protiteles, specifičnih za fosforilirane beljakovine, in masno spektrometrijo.
Od leta 2011 so ekstra signalno regulirane kinaze (ERK) – encimi, ki so vključeni v signalne aktivnosti v celici – področje, ki je še posebej zanimivo. Fosforilacija ERK ima vlogo pri uravnavanju različnih celičnih funkcij, vključno z mitozo in drugimi procesi, povezanimi z delitvijo celic. Ta proces je pomemben za nekatera področja raziskav raka, saj ga lahko aktivirajo rakotvorne snovi in virusne okužbe, kar vodi do nenadzorovane delitve celic in drugih učinkov, povezanih z rakom. V teku so raziskave o možnih načinih zdravljenja raka, ki vključujejo zaviranje tega procesa. Test fosforilacije se lahko uporabi za testiranje različnih snovi glede njihove učinkovitosti pri tej vlogi.