L’addition ou l’élimination de groupes phosphates des protéines est la modification chimique la plus courante qui régule les processus cellulaires. Ces modifications peuvent affecter la structure, l’activité, la stabilité et la localisation des protéines dans les cellules ainsi que leurs interactions avec d’autres protéines.

Pendant la phosphorylation, les protéines kinases transfèrent le groupe phosphate terminal de l’ATP aux chaînes latérales d’acides aminés spécifiques de protéines substrats. La sérine, la thréonine et la tyrosine sont les acides aminés les plus fréquemment phosphorylés. Par conséquent, les protéines kinases sont classées en tant que kinases de sérine/thréonine, kinases de tyrosine, ou kinases à double action si elles peuvent phosphoryler les trois acides aminés. Inversement, les protéines phosphatases catalysent l’élimination du groupe phosphate (déphosphorylation), rétablissant les propriétés d’origine de la protéine.

Dans des conditions physiologiques, la phosphorylation et la déphosphorylation sont étroitement régulées pour empêcher les changements prolongés dans la structure et la fonction des protéines. La perturbation de cet équilibre peut provoquer des maladies, y compris le cancer et divers troubles neurodégénératifs. Par exemple, une protéine nommée tau est hyperphosphorylée dans la maladie d’Alzheimer (MA). Physiologiquement, tau régule la forme, la structure et le développement des neurones. La protéine tau contient plus de 80 résidus de sérine, de thréonine et de tyrosine, dont seulement une fraction est habituellement phosphorylée. Dans le cerveau des patients atteints de la MA, tau est anormalement et excessivement phosphorylé. Cela altère la solubilité de la protéine, formant des agrégats insolubles toxiques qui mènent à la mort neuronale.