eiwitten zijn cellulaire werkpaarden. Als enzymen katalyseren ze biochemische reacties. Eiwitten fungeren ook als receptoren die zich binden aan andere stoffen en de celactiviteit regelen. Als onderdeel van een hormoon kunnen eiwitten belangrijke cellulaire activiteiten, zoals secretie, initiëren of onderdrukken. Een cel gebruikt fosforylering als een schakelaar om eiwitactiviteit in of uit te schakelen.
Fosfaten en eiwitten

eiwitten zijn moleculen met een aminozuurskelet en meestal een of meer zijgroepen. De elektrische krachten op de atomen van een eiwit geven het een driedimensionale vorm of conformatie, die complexe plooien en ringen kan omvatten. Fosforylering is een chemische reactie die een fosfaatgroep bestaande uit één fosforatoom en vier zuurstofatomen toevoegt aan een organisch molecuul zoals een eiwit. Fosfaat heeft een negatieve elektrische lading. Fosforylering verandert de conformatie van een eiwit. Het proces is meestal omkeerbaar; een eiwit kan worden gefosforyleerd of gedefosforyleerd, analoog aan het omdraaien van een computerbit tussen nul en één.
Mechanisme

Slechts een paar aminozuren kunnen een fosfaatgroep accepteren. De sterke negatieve lading op een fosfaatgroep verandert de manier waarop een eiwit wordt gevormd en hoe het in wisselwerking staat met water. Een eiwit dat normaal niet met water interageert, wordt hydrofiel, watervriendelijk, wanneer gefosforyleerd. Deze verandering resulteert in wijzigingen in de fysieke en biochemische eigenschappen van een eiwit. Een kinase is een soort enzym dat een fosfaat overbrengt van een hoogenergiemolecuul naar een andere stof, zoals een eiwit. Wetenschappers hebben honderden kinasen geïdentificeerd die fosfaten naar specifieke eiwitten overbrengen.
Enzymactiviteit

De conformationele verandering in een enzym veroorzaakt door de toevoeging van een of meer fosfaatgroepen kan het enzym activeren of remmen. Bijvoorbeeld, fosforylering van het enzym glycogeen synthetase verandert de vorm van het enzym en vermindert zijn activiteit. Het enzym katalyseert de omzetting van de kleine suiker, glucose, in het zetmeelglycogeen met lange keten. Het fosforyleringsmiddel is glycogeen synthetase kinase 3 of GSK-3, dat een fosfaatgroep aan de aminozuren serine en threonine kan toevoegen. In dit voorbeeld voegt GSK-3 fosfaatgroepen toe aan de laatste drie serine-aminozuren van glycogeen synthetase, waardoor het enzym moeilijk kan interageren met glucose.
Receptoren

Receptoren zijn eiwitten in een cel die reageren signalen van buiten de cel. Fosforylering kan receptoren remmen of activeren. Oestrogeenreceptor alfa of ERA is bijvoorbeeld een eiwit dat wordt geactiveerd wanneer het hormoon oestrogeen de cel binnenkomt. ERA is een transcriptiefactor - geactiveerde ERA kan binden aan DNA of deoxyribonucleïnezuur in chromosomen en beïnvloeden of specifieke genen als eiwitten worden uitgedrukt. ERA kan zich echter alleen aan DNA binden als het eerst wordt gefosforyleerd. Als ERA eenmaal is geactiveerd en gefosforyleerd, kan het de DNA-transcriptie verbeteren, waardoor de productie van bepaalde eiwitten wordt gestimuleerd.