Baltymų fosforilinimas – tai fosfato (PO4) grupės prijungimas prie baltymo. Naujoji fosforo grupė pakeičia baltymo vaidmenį: ji gali suaktyvinti, deaktyvuoti arba sukelti funkcijos pasikeitimą. Baltymų fosforilinimas yra gana dažnas prokariotinių ir eukariotinių organizmų ląstelėse. Tai suteikia ląstelei būdą reguliuoti biologines funkcijas, nekeičiant tikrojo joms atlikti skirtų baltymų kiekio.
Molekulė, vadinama baltymų kinaze, kartais vadinama fosfotransferaze, yra atsakinga už baltymų fosforilinimo indukciją. Yra daug skirtingų baltymų kinazių, visos turi skirtingus tikslinius baltymus. Dažnai pats baltymų kinazės aktyvumas priklauso nuo fosforilinimo. Šis procesas priklauso nuo kitos kinazės. Kartais ląstelė naudoja reakcijų eilutę, vadinamą fosforilinimo kaskada, kad gautų rezultatą. Tokio pobūdžio įvykių impulsas dažniausiai yra signalas iš išorės. Paprastai šioms operacijoms reikalinga energija ir fosfatų grupė gaunama iš adenozino trifosfato, kuris yra visur esantis ląstelių kraštovaizdžio bruožas.
Kai nauja fosfatų grupė pridedama baltymų fosforilinimo būdu, ji keičia baltymo šeimininko struktūrą. Viso baltymo forma, vadinama tretine struktūra, priklauso nuo įvairių veiksnių, įskaitant elektros krūvį. Neigiamas fosfatų grupės krūvis pakankamai pakeičia tretinę struktūrą, kad pakeistų viso baltymo funkciją. Kai kurie baltymai gali būti fosforilinti keliose vietose, o kiekvieno iš jų poveikis skiriasi. Fosforilinimas vyksta tik prie tam tikrų aminorūgščių: serino, treonino ir tirozino.
Baltymų fosforilinimas yra esminis biologinės homeostazės elementas. Dauguma ląstelių procesų yra stochastiniai – jie priklauso nuo iš dalies atsitiktinių sąveikų, kurias galima valdyti tik statistiškai. Kadangi daugumą funkcijų atlieka baltymai, įprastas būdas ląstelei atlikti kai kurias operacijas apima daugiau ar mažiau ją atliekančio fermento. Ši sistema yra gana lėta; tai taip pat sunkiau atšaukti, nes dauguma baltymų nustos funkcionuoti tik tada, kai bus sunaikinami.
Baltymų fosforilinimo poveikį gali panaikinti fermentas, vadinamas fosfataze. Šis procesas vadinamas defosforilinimu. Defosforilinimas veikia beveik lygiai taip pat, kaip fosforilinimas. Kiekvienas procesas reikalauja, kad kitas būtų naudingas. Tai yra galimybė greitai fosforilinti ir defosforilinti, todėl šis būdas yra geresnė kontrolės priemonė nei naujų baltymų generavimo iš DNR ir RNR procesas. Dviejų procesų suma, įskaitant signalus, susijusius su jų užbaigimu, vadinama fosforeguliacija.