La fosforilación es un proceso químico en el que se agrega un grupo fosfato (PO43-) a un compuesto. Normalmente se aplica a la química orgánica y es fundamental para todos los organismos vivos. El proceso está involucrado en la síntesis de proteínas y en la producción de trifosfato de adenosina (ATP), una molécula que almacena y suministra energía. También juega un papel crucial en varios mecanismos de regulación y señalización química dentro de la célula al modificar la estructura de varias proteínas y alterar sus actividades.
Normalmente, se requiere energía para las reacciones bioquímicas que implican la adición de un grupo fosfato a una molécula. A menudo, esta energía proviene de moléculas de ATP. El ATP contiene tres grupos fosfato, uno de los cuales se elimina fácilmente. La eliminación de este grupo libera una energía considerable, que puede usarse para permitir una reacción de fosforilación en la que el grupo fosfato se agrega a otra molécula, por ejemplo, glucosa. Por tanto, los grupos fosfato se pueden transferir fácilmente del ATP a otras moléculas.
Sin embargo, estas reacciones requieren que el ATP y la molécula receptora se unan para que pueda tener lugar la transferencia. Esto se logra mediante enzimas conocidas como quinasas. Se trata de proteínas grandes y complejas que pueden contener varios cientos de aminoácidos. La forma de la enzima es crucial: la estructura de una enzima quinasa es tal que tanto el ATP como la molécula receptora pueden acomodarse muy cerca para permitir que prosiga la reacción. Un ejemplo es la glicerol quinasa, que facilita la transferencia de un grupo fosfato del ATP al glicerol; esto es parte del proceso que produce los fosfolípidos, que se utilizan en las membranas celulares.
El ATP se produce en sí mismo mediante un proceso de fosforilación bien conocido llamado fosforilación oxidativa, en el que se agrega un grupo fosfato al difosfato de adenosina (ADP) para producir ATP. La energía para este proceso proviene en última instancia de los alimentos que comemos, pero más específicamente de la oxidación de la glucosa. Es un proceso muy complejo con muchos pasos, pero en términos simples, la energía de la glucosa se usa para formar dos compuestos, conocidos como NADH y FADH2, que proporcionan la energía para el resto de la reacción. Los compuestos son agentes reductores que se separan fácilmente de los electrones, por lo que pueden oxidarse. Los grupos fosfato se agregan a las moléculas de ATP utilizando la energía liberada por la oxidación de NADH y FADH2; esta reacción es facilitada por la enzima ATP sintetasa.
Se encuentran muchas quinasas diferentes tanto en plantas como en animales. Debido a su importancia en tantos procesos celulares, un ensayo de fosforilación se ha convertido en un procedimiento de laboratorio común. Esto implica analizar muestras de material celular para comprobar si se ha producido la fosforilación de proteínas y, en algunos casos, medir su extensión. Se utilizan varios métodos diferentes para comprobar la fosforilación, incluido el marcado de grupos fosfato con radioisótopos, el uso de anticuerpos específicos para la proteína fosforilada y la espectrometría de masas.
A partir de 2011, las quinasas reguladas por señales adicionales (ERK), enzimas que participan en las actividades de señalización dentro de la célula, son un área de particular interés. La fosforilación de ERK juega un papel en la regulación de varias funciones celulares, incluida la mitosis y otros procesos relacionados con la división celular. Este proceso es relevante para algunas áreas de la investigación del cáncer, ya que puede ser activado por sustancias cancerígenas y por infecciones virales, lo que lleva a una división celular descontrolada y otros efectos relacionados con el cáncer. Se están realizando investigaciones sobre posibles tratamientos contra el cáncer que impliquen inhibir este proceso. Se puede usar un ensayo de fosforilación para probar diferentes sustancias para determinar su efectividad en esta función.