从蛋白质中添加或去除磷酸基是调节细胞过程的最常见的化学修饰。这些修饰可以影响细胞内蛋白质的结构、活性、稳定性、定位以及它们与其它蛋白质的相互作用。

在磷酸化过程中，蛋白激酶将ATP的末端磷酸基转移到底物蛋白的特定氨基酸侧链上。丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是最常见的磷酸化氨基酸。因此，蛋白质激酶被分类为丝氨酸/苏氨酸激酶、酪氨酸激酶或双作用激酶，如果它们能磷酸化所有三种氨基酸。相反，蛋白质磷酸酶催化去除磷酸基团（去磷酸化），恢复蛋白质的原始性质。

在生理条件下，磷酸化和去磷酸化受到严格调控，以防止蛋白质结构和功能的长期变化。破坏这种平衡可能导致疾病，包括癌症和各种神经退行性疾病。例如，一种叫做tau的蛋白质在阿尔茨海默病 (AD)中被高磷酸化。在生理学上，tau调节神经元的形状、结构和发育。tau蛋白含有80多个丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基，其中只有一部分通常被磷酸化。在AD患者的大脑中，tau异常且过度磷酸化。这改变了蛋白质的溶解度，形成毒性不溶性聚集体，导致神经元死亡。