Fosfat gruplarının proteinlere eklenmesi veya uzaklaştırılması, hücresel süreçleri düzenleyen en yaygın kimyasal modifikasyondur. Bu modifikasyonlar, proteinlerin hücrelerdeki yapısını, aktivitesini, stabilitesini ve lokalizasyonunu ve diğer proteinlerle etkileşimlerini etkileyebilir.
Fosforilasyon sırasında protein kinazlar, ATP'nin terminal fosfat grubunu substrat proteinlerinin spesifik amino asit yan zincirlerine aktarır. Serin, treonin ve tirozin en yaygın fosforile amino asitlerdir. Buna göre protein kinazlar, üç amino asidi de fosforile edebiliyorlarsa serin / treonin kinazlar, tirosin kinazlar veya ikili etkili kinazlar olarak sınıflandırılır. Tersine, protein fosfatazlar fosfat grubunun uzaklaştırılmasını (defosforilasyon) katalize ederek proteinin orijinal özelliklerini geri yükler.
Fizyolojik koşullar altında, fosforilasyon ve defosforilasyon, protein yapısında ve işlevinde uzun süreli değişiklikleri önlemek için sıkı bir şekilde düzenlenir. Bu dengenin bozulması, kanser ve çeşitli nörodejeneratif bozukluklar gibi hastalıklara neden olabilir. Örneğin, Alzheimer hastalığında (AD) tau adlı bir protein hiperfosforile edilir. Fizyolojik olarak tau, nöronların şeklini, yapısını ve gelişimini düzenler. Tau proteini 80'den fazla serin, treonin ve tirozin kalıntısı içerir ve bunların sadece bir kısmı genellikle fosforile edilir. AD'li hastaların beyinlerinde tau anormal ve aşırı derecede fosforillenmiştir. Bu, proteinin çözünürlüğünü değiştirir ve nöronal ölüme yol açan toksik çözünmez kümeler oluşturur.
