Fosforilacija je kemijski proces u kojem se spoju dodaje fosfatna skupina (PO43-). Obično se odnosi na organsku kemiju i ključan je za sve žive organizme. Proces je uključen u sintezu proteina i u proizvodnju adenozin trifosfata (ATP) — molekule koja pohranjuje i opskrbljuje energiju. Također igra ključnu ulogu u različitim kemijskim signalnim i regulacijskim mehanizmima unutar stanice mijenjajući strukturu različitih proteina i mijenjajući njihove aktivnosti.
Obično je energija potrebna za biokemijske reakcije koje uključuju dodavanje fosfatne skupine molekuli. Često ova energija dolazi od molekula ATP-a. ATP sadrži tri fosfatne skupine, od kojih se jedna lako uklanja. Uklanjanjem ove skupine oslobađa se znatna energija, koja se može iskoristiti da se omogući reakcija fosforilacije u kojoj se fosfatna skupina dodaje drugoj molekuli – na primjer, glukozi. Stoga se fosfatne skupine mogu lako prenijeti s ATP-a na druge molekule.
Ove reakcije, međutim, zahtijevaju da se ATP i molekula receptora spoje kako bi se prijenos mogao dogoditi. To se postiže enzimima poznatim kao kinaze. To su veliki, složeni proteini, koji mogu sadržavati nekoliko stotina aminokiselina. Oblik enzima je ključan: struktura enzima kinaze je takva da se i ATP i molekula receptora mogu smjestiti u neposrednoj blizini kako bi se reakcija nastavila. Primjer je glicerol kinaza, koja olakšava prijenos fosfatne skupine s ATP-a na glicerol; ovo je dio procesa koji proizvodi fosfolipide, koji se koriste u staničnim membranama.
ATP se sam proizvodi dobro poznatim procesom fosforilacije koji se naziva oksidativna fosforilacija, u kojem se fosfatna skupina dodaje adenozin difosfatu (ADP) kako bi se proizveo ATP. Energija za ovaj proces u konačnici dolazi iz hrane koju jedemo, ali točnije od oksidacije glukoze. To je vrlo složen proces s mnogo koraka, ali jednostavno rečeno, energija iz glukoze se koristi za stvaranje dva spoja, poznata kao NADH i FADH2, koji osiguravaju energiju za ostatak reakcije. Spojevi su redukcijski agensi koji se lako odvajaju od elektrona, tako da se mogu oksidirati. Fosfatne skupine dodaju se molekulama ATP-a koristeći energiju oslobođenu oksidacijom NADH i FADH2; ovu reakciju olakšava enzim ATP sintetaza.
Mnoge različite kinaze nalaze se u biljkama i životinjama. Zbog njihove važnosti u mnogim staničnim procesima, analiza fosforilacije postala je uobičajena laboratorijska procedura. To uključuje ispitivanje uzoraka staničnog materijala kako bi se provjerilo je li došlo do fosforilacije proteina i, u nekim slučajevima, mjerenje njezinog opsega. Postoji niz različitih metoda koje se koriste za provjeru fosforilacije, uključujući označavanje fosfatnih skupina radioizotopima, korištenje antitijela specifičnih za fosforilirani protein i masenu spektrometriju.
Od 2011., ekstra signalno regulirane kinaze (ERK) – enzimi koji su uključeni u signalne aktivnosti unutar stanice – su područje od posebnog interesa. ERK fosforilacija igra ulogu u regulaciji različitih staničnih funkcija, uključujući mitozu i druge procese povezane s diobom stanica. Ovaj je proces relevantan za neka područja istraživanja raka jer ga mogu aktivirati kancerogene tvari i virusne infekcije, što dovodi do nekontrolirane diobe stanica i drugih učinaka povezanih s rakom. Istraživanja o mogućim tretmanima raka koji uključuju inhibiciju ovog procesa su u tijeku. Test fosforilacije može se koristiti za ispitivanje učinkovitosti različitih tvari u ovoj ulozi.