Fosforilação e desfosforilação são modificações químicas onde as enzimas adicionam ou removem um grupo de fosfato de um resíduo de aminoácidos em um substrato de proteína. Estas mudanças químicas podem regular a função da proteína alvo através das alterações em conformação ou atividade. As proteínas cinases são enzimas que fosforilam proteínas e outros substratos.

As cinases catalisam a adição reversível de um fosfato de ATP às cadeias laterais hidroxila de serina, treonina, ou resíduos de tirosina. As cinases da proteína eucariótica pertencem a uma família extensiva de enzimas com estruturas conservadas e sequências catalíticas. Quando as cinases transferem um grupo de fosfato para o substrato, formam uma rede ligada de hidrogénio com os resíduos de aminoácidos ao redor.

Esta rede de ligações de hidrogénio altera a estrutura tridimensional da proteína alvo, modificando a sua função. Tais mudanças na função podem incluir, ativar ou desativar a atividade enzimática do substrato ou criar uma superfície nova onde outras moléculas podem interagir com o substrato. As fosfatasses catalisam a hidrólise do fosfato, usando uma molécula de água para remover o grupo de fosfato e deixando um grupo hidroxila livre no resíduo do aminoácido.

Isto perturba a ligação do hidrogénio, restaurando a conformação e função originais. A fosforilação é um processo específico do substrato determinado por vários elementos, incluindo a sequência catalítica única da cinase local e distal, ligando com o substrato, e proteínas adaptadoras que mediam interações distintas da cinase. Algumas fosfatasses também têm alta especificidade de substrato.

Elas removem fosfato de apenas uma ou algumas proteínas selecionadas. Outras fosfatasses podem agir em diferentes substratos de proteínas e são direcionados a um alvo particular pelas subunidades regulatórias do substrato. As cinases da proteína e as fosfatasses trabalham juntas para comutar uma proteína entre estados de fosforilação e De desfosforilação.

Essas mudanças desempenham papéis cruciais em diferentes sinais e percursos metabólicos. Quando a glicose está elevada no sangue, a insulina conduz a uma atividade aumentada da proteína fosfatasse-1. A enzima defosforilata substratos alvo, levando a um organismo a armazenar glicose como glicogénio.

Como a queda dos níveis de glicose no sangue, a proteína cinase A é ativada. A fosforilação de proteínas alvo pela proteína quinase estimula a quebra de glicogénio, liberando a glicose na corrente sanguínea.