La fosforilazione proteica è l’attaccamento di un gruppo fosfato (PO4) a una proteina. Il nuovo gruppo del fosforo altera il ruolo della proteina: può attivare, disattivare o provocare un cambiamento di funzione. La fosforilazione delle proteine è abbastanza comune nelle cellule degli organismi procarioti ed eucarioti. Fornisce alla cellula un modo per regolare le funzioni biologiche senza dover modificare la quantità effettiva di proteine disponibili per svolgerle.
Una molecola chiamata protein chinasi, a volte chiamata fosfotransferasi, è responsabile dell’induzione della fosforilazione delle proteine. Esistono molte chinasi proteiche diverse, tutte con proteine bersaglio diverse. Spesso, l’attività di una proteina chinasi è essa stessa dipendente dalla fosforilazione. Questo processo dipende da un’altra chinasi. A volte una cellula utilizza una serie di reazioni, chiamate cascata di fosforilazione, per produrre un risultato. L’impulso per questo tipo di evento è solitamente un segnale dall’esterno della cellula. Di solito, l’energia e il gruppo fosfato per queste operazioni provengono dall’adenosina trifosfato, una caratteristica onnipresente del paesaggio cellulare.
Una volta che il nuovo gruppo fosfato viene aggiunto per fosforilazione proteica, cambia la struttura della sua proteina ospite. La forma di un’intera proteina, chiamata struttura terziaria, dipende da una varietà di fattori, inclusa la carica elettrica. La carica negativa del gruppo fosfato modifica la struttura terziaria in modo sufficiente da alterare la funzione dell’intera proteina. Alcune proteine possono essere fosforilate in più posizioni, con effetti diversi derivanti da ciascuna. La fosforilazione si verifica solo in determinati amminoacidi: serina, treonina e tirosina.
La fosforilazione delle proteine è un elemento cruciale dell’omeostasi biologica. La maggior parte dei processi cellulari sono stocastici: si basano su una serie di interazioni parzialmente casuali che possono essere gestite solo statisticamente. Poiché la maggior parte delle funzioni sono svolte dalle proteine, il modo usuale della cellula di eseguire alcune operazioni comporta la produzione di una quantità maggiore o minore dell’enzima che la esegue. Questo sistema è relativamente lento; è anche più difficile da annullare, poiché la maggior parte delle proteine smette di funzionare solo quando vengono distrutte.
Gli effetti della fosforilazione delle proteine possono essere annullati da un enzima chiamato fosfatasi. Questo processo è chiamato defosforilazione. La defosforilazione funziona quasi esattamente come la fosforilazione. Ogni processo richiede l’altro per essere utile. È la possibilità di fosforilare rapidamente e poi defosforilare che rende questo percorso un mezzo di controllo più fine rispetto al processo di generazione di nuove proteine dal DNA e dall’RNA. La somma dei due processi, compresi i segnali coinvolti nel loro completamento, è chiamata fosforegolazione.