Fosforilasi adalah proses molekuler dimana gugus fosfat ditransfer dari molekul donor ke molekul akseptor, atau gugus fosfat bebas melekat pada molekul. Fosforilasi biasanya merupakan proses regulasi molekuler. Banyak molekul, apakah itu senyawa organik atau protein, ketika fosfat ditambahkan, mereka menjadi “aktif”, baik menjadi dikenali oleh enzim yang akan mendegradasinya atau memanfaatkannya dalam beberapa cara. Pada kesempatan yang lebih jarang, fosforilasi menyebabkan molekul menjadi bentuk tidak aktif, yang ketika gugus fosfat dihilangkan akan memungkinkannya memasuki metabolisme senyawa itu.
Salah satu contoh paling jelas dari hal ini adalah glukosa, yang untuk memasuki siklus glikolisis harus difosforilasi, menjadi glukosa-6-fosfat. Dalam kasus protein, fosforilasi adalah salah satu modifikasi pasca-translasi atau epigenetik yang paling sering, dalam banyak kasus aktivasi protein memicu respons kaskade yang memperkuat sinyal, dengan protein terfosforilasi tunggal mampu mengaktifkan beberapa reseptor.
Gugus fosfat terdiri dari atom fosfor dan 4 oksigen terkonjugasi, dalam susunan tetrahedral terhadap fosfor. Selain itu, 3 oksigen memiliki muatan negatif bebas, menjadikannya senyawa yang sangat reaktif. Oleh karena itu, gugus fosfat dapat relatif kecil dibandingkan dengan beberapa protein besar, dan tetap penting bagi protein untuk dapat mengenali akseptor.
Donor kelompok fosfat utama dalam sel adalah basa nitrogen trifosforilasi, ATP dan GTP, baca lebih lanjut tentang mereka di sini dan bagaimana molekul ini terbentuk dalam berbagai artikel tentang ATP sintase di sini . Sintesis ATP dikenal sebagai fosforilasi pada tingkat substrat dan pembentukan ATP sangat penting untuk dapat membawa energi (dalam bentuk ikatan fosfat) ke protein yang membutuhkan energi untuk berfungsi. Basa dengan 3 gugus fosfat ini digunakan oleh berbagai macam enzim untuk memperoleh energi dalam bentuk pemutusan ikatan fosfat dan mentransfer gugus fosfat ke molekul lain yang akan meningkatkan energi elektrokimianya.
Fosforilasi menyebabkan protein masuk ke tingkat energi yang lebih tinggi. Energi yang terdapat pada ikatan fosfat nantinya akan digunakan oleh enzim yang akan menggunakan molekul tersebut sebagai substrat dan akan menggunakan energi yang muncul dari pemutusan ikatan fosfat sebagai energi untuk melakukan perubahan kimia pada molekul substrat. Ikatan fosfat mengandung energi yang dapat digunakan untuk mengubah konformasi molekul, menghasilkan ikatan antar molekul, atau memutus rantai karbon. Dalam protein, asam amino yang paling sering terfosforilasi adalah tirosin, serin atau treonin. Dalam asam amino ini oksigen dalam rantainya membentuk ikatan ester dengan gugus fosfat.
Enzim yang bertanggung jawab untuk memindahkan gugus fosfat dari beberapa molekul, baik itu ATP, GTP atau molekul lain, ke akseptor disebut enzim kinase. Jenis enzim ini sangat bervariasi baik dari segi substrat maupun akseptor yang akan difosforilasi. Baca lebih lanjut tentang enzim ini di artikel mereka sendiri di sini .