La fosforilazione è un processo chimico in cui un gruppo fosfato (PO43-) viene aggiunto a un composto. Normalmente si applica alla chimica organica ed è cruciale per tutti gli organismi viventi. Il processo è coinvolto nella sintesi proteica e nella produzione di adenosina trifosfato (ATP), una molecola che immagazzina e fornisce energia. Svolge anche un ruolo cruciale in vari meccanismi di segnalazione chimica e regolazione all’interno della cellula, modificando la struttura di varie proteine e alterando le loro attività.
Normalmente, l’energia è necessaria per le reazioni biochimiche che comportano l’aggiunta di un gruppo fosfato a una molecola. Spesso, questa energia proviene dalle molecole di ATP. L’ATP contiene tre gruppi fosfato, uno dei quali può essere facilmente rimosso. La rimozione di questo gruppo rilascia una notevole energia, che può essere utilizzata per consentire una reazione di fosforilazione in cui il gruppo fosfato viene aggiunto a un’altra molecola, ad esempio il glucosio. Pertanto, i gruppi fosfato possono essere facilmente trasferiti dall’ATP ad altre molecole.
Queste reazioni, tuttavia, richiedono che l’ATP e la molecola del recettore siano uniti in modo che il trasferimento possa avvenire. Ciò è ottenuto da enzimi noti come chinasi. Si tratta di proteine grandi e complesse, che possono contenere diverse centinaia di amminoacidi. La forma dell’enzima è cruciale: la struttura di un enzima chinasi è tale che sia l’ATP che la molecola del recettore possono essere sistemati nelle immediate vicinanze per consentire il procedere della reazione. Un esempio è la glicerolo chinasi, che facilita il trasferimento di un gruppo fosfato dall’ATP al glicerolo; questo fa parte del processo che produce fosfolipidi, che vengono utilizzati nelle membrane cellulari.
L’ATP è esso stesso prodotto da un noto processo di fosforilazione chiamato fosforilazione ossidativa, in cui un gruppo fosfato viene aggiunto all’adenosina difosfato (ADP) per produrre ATP. L’energia per questo processo proviene in ultima analisi dal cibo che mangiamo, ma più specificamente dall’ossidazione del glucosio. È un processo molto complesso con molti passaggi, ma in termini semplici, l’energia del glucosio viene utilizzata per formare due composti, noti come NADH e FADH2, che forniscono l’energia per il resto della reazione. I composti sono agenti riducenti che si separano facilmente dagli elettroni, in modo che possano essere ossidati. I gruppi fosfato vengono aggiunti alle molecole di ATP utilizzando l’energia rilasciata dall’ossidazione di NADH e FADH2; questa reazione è facilitata dall’enzima ATP sintetasi.
Molte chinasi diverse si trovano sia nelle piante che negli animali. A causa della loro importanza in così tanti processi cellulari, un saggio di fosforilazione è diventato una procedura di laboratorio comune. Ciò comporta l’analisi di campioni di materiale cellulare per verificare se è avvenuta la fosforilazione delle proteine e, in alcuni casi, misurarne l’entità. Esistono diversi metodi utilizzati per verificare la fosforilazione, tra cui l’etichettatura dei gruppi fosfato con radioisotopi, l’uso di anticorpi specifici per la proteina fosforilata e la spettrometria di massa.
A partire dal 2011, le chinasi regolate dal segnale extra (ERK) – enzimi coinvolti nelle attività di segnalazione all’interno della cellula – sono un’area di particolare interesse. La fosforilazione di ERK svolge un ruolo nella regolazione di varie funzioni cellulari, inclusa la mitosi e altri processi legati alla divisione cellulare. Questo processo è rilevante per alcune aree della ricerca sul cancro in quanto può essere attivato da sostanze cancerogene e da infezioni virali, portando a una divisione cellulare incontrollata e ad altri effetti correlati al cancro. Sono in corso ricerche su possibili trattamenti contro il cancro che comportano l’inibizione di questo processo. Un test di fosforilazione può essere utilizzato per testare diverse sostanze per la loro efficacia in questo ruolo.