La phosphorylation est un processus chimique dans lequel un groupe phosphate (PO43-) est ajouté à un composé. Elle s’applique normalement à la chimie organique et est cruciale pour tous les organismes vivants. Le processus est impliqué dans la synthèse des protéines et dans la production d’adénosine triphosphate (ATP) – une molécule qui stocke et fournit de l’énergie. Il joue également un rôle crucial dans divers mécanismes chimiques de signalisation et de régulation au sein de la cellule en modifiant la structure de diverses protéines et en altérant leurs activités.
Normalement, l’énergie est nécessaire pour les réactions biochimiques qui impliquent l’ajout d’un groupe phosphate à une molécule. Souvent, cette énergie provient de molécules d’ATP. L’ATP contient trois groupes phosphate, dont l’un est facilement éliminé. L’élimination de ce groupe libère une énergie considérable, qui peut être utilisée pour permettre une réaction de phosphorylation dans laquelle le groupe phosphate est ajouté à une autre molécule, par exemple le glucose. Ainsi, les groupes phosphate peuvent être facilement transférés de l’ATP à d’autres molécules.
Ces réactions nécessitent cependant que l’ATP et la molécule réceptrice soient réunis pour que le transfert puisse avoir lieu. Ceci est réalisé par des enzymes connues sous le nom de kinases. Ce sont de grosses protéines complexes, qui peuvent contenir plusieurs centaines d’acides aminés. La forme de l’enzyme est cruciale : la structure d’une enzyme kinase est telle que l’ATP et la molécule réceptrice peuvent être logés à proximité immédiate pour permettre à la réaction de se dérouler. Un exemple est la glycérol kinase, qui facilite le transfert d’un groupe phosphate de l’ATP au glycérol ; cela fait partie du processus qui produit des phospholipides, qui sont utilisés dans les membranes cellulaires.
L’ATP est lui-même produit par un processus de phosphorylation bien connu appelé phosphorylation oxydative, dans lequel un groupe phosphate est ajouté à l’adénosine diphosphate (ADP) pour produire de l’ATP. L’énergie nécessaire à ce processus provient en fin de compte de la nourriture que nous mangeons, mais plus précisément de l’oxydation du glucose. C’est un processus très complexe avec de nombreuses étapes, mais en termes simples, l’énergie du glucose est utilisée pour former deux composés, appelés NADH et FADH2, qui fournissent l’énergie pour le reste de la réaction. Les composés sont des agents réducteurs qui se séparent facilement des électrons, de sorte qu’ils peuvent être oxydés. Des groupes phosphate sont ajoutés aux molécules d’ATP en utilisant l’énergie libérée par l’oxydation du NADH et du FADH2 ; cette réaction est facilitée par l’enzyme ATP synthétase.
On trouve de nombreuses kinases différentes chez les plantes et les animaux. En raison de leur importance dans de nombreux processus cellulaires, un test de phosphorylation est devenu une procédure de laboratoire courante. Cela implique de tester des échantillons de matériel cellulaire pour vérifier si la phosphorylation des protéines a eu lieu et, dans certains cas, de mesurer son étendue. Il existe un certain nombre de méthodes différentes utilisées pour vérifier la phosphorylation, notamment le marquage des groupes phosphate avec des radio-isotopes, l’utilisation d’anticorps spécifiques à la protéine phosphorylée et la spectrométrie de masse.
Depuis 2011, les kinases régulées par le signal supplémentaires (ERK) – des enzymes impliquées dans les activités de signalisation au sein de la cellule – sont un domaine d’intérêt particulier. La phosphorylation d’ERK joue un rôle dans la régulation de diverses fonctions cellulaires, y compris la mitose et d’autres processus liés à la division cellulaire. Ce processus est pertinent pour certains domaines de la recherche sur le cancer car il peut être activé par des substances cancérigènes et par des infections virales, entraînant une division cellulaire incontrôlée et d’autres effets liés au cancer. Des recherches sur d’éventuels traitements contre le cancer impliquant l’inhibition de ce processus sont en cours. Un test de phosphorylation peut être utilisé pour tester différentes substances pour leur efficacité dans ce rôle.