Mesta fosforilacije so posebna področja molekul, ki so podvržena dodajanju ali odstranitvi fosfatne skupine, znane kot PO4. Še posebej so pomembni za uravnavanje beljakovin v celici. Fosforilacija lahko aktivira ali deaktivira protein in je pomemben način uravnavanja poti v celici. En sam protein ima lahko veliko fosforilacijskih mest, vsaka posamezna celica pa jih ima lahko na tisoče. Nekateri rezultati pokvarjene fosforilacije lahko vključujejo raka in sladkorno bolezen.
Beljakovine, ki jih je mogoče fosforilirati, vključujejo beljakovinske encime, ki močno pospešujejo hitrost reakcij. Fosforilacija proteina lahko spremeni njegovo funkcijo ali lokalizacijo v celici. Posamezni encimi se razlikujejo glede na to, ali ima njihova aktivna oblika fosforilacijsko mesto fosforilirano ali prazno.
Receptorji so tudi pomembna mesta fosforilacije. Ti prenašajo signale in poti signalne transdukcije pogosto regulirajo mesta fosforilacije. Eden od dejavnikov, zaradi katerih so ugodne za regulacijo, je, da se lahko čas signalnih reakcij razlikuje od ur do manj kot sekunde. Poti fosforilacije so lahko zelo zapletene z vrsto beljakovin, ki zaporedno fosforilirajo naslednje. To vodi do ojačanja poti.
Beljakovina, ki dodaja fosfat, se imenuje kinaza. Ti uravnavajo veliko število reakcij v celici. Beljakovine, ki odstranijo fosforilno skupino, se imenujejo fosfataze.
Kinaze pridobijo fosfatno skupino iz adenozin trifosfata (ATP). Fosfatno skupino dodajo eni od treh aminokislin – serinu, treoninu ali tirozinu. Drugi lahko delujejo na vse tri ali celo na dodatne aminokisline, kot je histidin. Nekatere kinaze imajo več specifičnosti in lahko delujejo na več kot eno tarčo. Tako široka ciljna specifičnost omogoča usklajeno regulacijo več poti z enim signalom.
Ena zelo pomembna podskupina kinaz so serin/treonin protein kinaze. Njihovo fosforilacijsko mesto je OH skupina serina ali treonina. Fosforilacijo s temi kinazami lahko uravnavamo s kemičnimi signali, pa tudi z dogodki, kot je poškodba DNK. MAP kinaze so dobro raziskana skupina te vrste, podskupina MAP kinaz pa je znana kot ekstracelularne signalno regulirane kinaze (ERK).
Fosforilacija ERK je široko izražena kot znotrajcelični signalni mehanizem. Pri teh kinazah ERK je pomembno, da prenašajo zunajcelične signale in jih ojačajo znotraj celice. Pot aktivirajo številni različni zunajcelični dejavniki, vključno z rastnimi faktorji, hormoni in rakotvornimi snovmi. Pot ERK je motena pri številnih vrstah raka.
Fosforilacija beljakovin in zlasti lokacija fosforilacijskih mest je zelo aktivno področje študija. Do polovice beljakovin v celici se lahko fosforilira. Različna podjetja so specializirana za napovedovanje, katera področja beljakovin je mogoče fosforilirati.
Test fosforilacije beljakovin na splošno uporablja protitelesa. To so beljakovine, ki jih proizvaja imunski sistem živali in so specifične za tuje napadalce. Obstaja na stotine protiteles, ki so specifična za strukturne spremembe, ki jih povzroča fosforilacija. Beljakovine se izvajajo na gelu, ki se loči po velikosti in naboju, in je znana kot 2-dimenzionalna elektroforeza. Nato se zdravi s protitelesom, specifičnim za fosfo, da se ugotovijo razlike v strukturi.
Treba je opozoriti, da se lahko fosforilirajo tudi druge vrste molekul. Na primer, fosforilacija sladkorjev je pomemben del celične presnove. En tak primer je glikoliza presnovne poti, ki proizvaja energijo. Prvi korak pri razgradnji glukoze je fosforilacija OH skupine na molekuli glukoze.
Fosforilacija adenozin difosfata (ADP) v ATP je bistvenega pomena za številne energijsko intenzivnih reakcij celice. ATP je visokoenergijska molekula in oddaja energijo, ko daruje fosfatno skupino. Sinteza beljakovin je med številnimi pomembnimi celičnimi procesi, ki jih poganja ATP.