DICCIONARIO MÉDICO
Fosforilación
La fosforilación es la reacción bioquímica por la cual un grupo fosfato (PO₄³⁻) se une de forma covalente a una molécula orgánica, habitualmente una proteína, un azúcar o un nucleótido. Esta transferencia, catalizada por enzimas denominadas quinasas, constituye uno de los mecanismos de regulación más extendidos en la biología celular. El término procede del griego φωσφόρος (phōsphóros, "portador de luz", de φῶς, "luz", y φέρω, "llevar"), raíz del nombre que recibió el elemento químico fósforo, combinado con el sufijo -ilación que indica la acción de incorporar un grupo químico derivado de ese elemento. La denominación se acuñó a finales del siglo XIX, cuando los primeros bioquímicos comenzaron a describir reacciones en las que compuestos orgánicos adquirían residuos fosfato. En términos moleculares, la fosforilación consiste en la transferencia del grupo γ-fosfato del ATP (u otro nucleótido trifosfato) a un sustrato aceptor. El enlace fosfoéster resultante modifica la carga eléctrica y la conformación tridimensional de la molécula receptora, lo que puede activarla, inhibirla o alterar sus interacciones con otras proteínas. El proceso inverso, la eliminación del fosfato mediante fosfatasas, devuelve la molécula a su estado original. Esa reversibilidad convierte a la fosforilación en un interruptor molecular rápido y preciso. Se calcula que cerca de un tercio de las proteínas del proteoma humano son sustrato de fosforilación en algún momento de su vida funcional. En las células eucariotas, la reacción ocurre preferentemente sobre tres aminoácidos cuya cadena lateral contiene un grupo hidroxilo: serina, treonina y tirosina. La serina acumula la mayor proporción de eventos de fosforilación (en torno al 86 % en mamíferos), seguida de la treonina y, con menor frecuencia, de la tirosina. Cuando una quinasa transfiere el fosfato al hidroxilo de uno de estos aminoácidos, las dos cargas negativas que aporta el grupo fosfato generan nuevas interacciones iónicas y puentes de hidrógeno dentro de la proteína o con moléculas vecinas. El cambio conformacional resultante puede, por ejemplo, abrir el sitio catalítico de una enzima que permanecía cerrado, o crear una superficie de anclaje para proteínas adaptadoras de señalización intracelular. Edmond H. Fischer y Edwin G. Krebs fueron quienes, a mediados de la década de 1950, describieron por primera vez este mecanismo mientras estudiaban cómo la glucógeno fosforilasa del músculo pasaba de su forma inactiva (fosforilasa b) a su forma activa (fosforilasa a). El hallazgo les valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1992. Además de servir como herramienta de regulación, la fosforilación es el paso final en la generación del propio ATP, la moneda energética de la célula. Existen dos grandes modalidades según el origen de la energía que impulsa la unión del fosfato inorgánico al ADP. La fosforilación a nivel de sustrato transfiere directamente un fosfato de alta energía desde un intermediario metabólico al ADP, sin intervención de la cadena de transporte electrónico ni consumo de oxígeno. Ocurre en el citoplasma durante la glucólisis y también en la matriz mitocondrial durante una reacción del ciclo de Krebs. La fosforilación oxidativa, en cambio, aprovecha la energía liberada por el paso de electrones a través de la cadena respiratoria mitocondrial para bombear protones al espacio intermembrana. El gradiente electroquímico resultante impulsa la ATP sintasa, que cataliza la unión de fosfato inorgánico al ADP. Un adulto en reposo genera y consume entre 40 y 70 kg de ATP cada día; la mayor parte procede de esta vía. El nombre hereda la raíz del elemento químico fósforo, que a su vez debe el suyo al griego φωσφόρος ("portador de luz") por la luminiscencia que presenta el fósforo blanco al oxidarse en el aire. El sufijo -ilación indica simplemente que se incorpora un grupo derivado de ese elemento a otra molécula, sin relación alguna con la emisión de luz. No. La fosforólisis es la escisión de un enlace químico (por ejemplo, un enlace glucosídico en el glucógeno) mediante la entrada de un fosfato inorgánico, y la catalizan enzimas llamadas fosforilasas. La fosforilación, en cambio, añade un grupo fosfato procedente del ATP u otro donador de alta energía a una molécula aceptora, y la catalizan las quinasas. El resultado químico es distinto: en la fosforólisis se rompe un enlace preexistente; en la fosforilación se forma uno nuevo. La actividad descontrolada de ciertas quinasas o la pérdida de función de determinadas fosfatasas puede mantener proteínas señalizadoras permanentemente activas, lo que favorece la proliferación celular descontrolada, un rasgo característico de numerosos procesos oncológicos. Muchos fármacos antitumorales de última generación actúan precisamente inhibiendo quinasas específicas cuya actividad se encuentra anormalmente elevada. Sí, aunque con matices. En las bacterias predomina la fosforilación sobre residuos de histidina y aspartato (sistema de dos componentes), mientras que en los eucariotas el mecanismo principal afecta a serina, treonina y tirosina. Ambos sistemas comparten la lógica de interruptor molecular, pero difieren en la química del residuo modificado y en las familias de quinasas implicadas. La hidrólisis del enlace γ-fosfato del ATP libera aproximadamente 30,5 kJ/mol en condiciones estándar. Esa energía es la que se invierte, en parte, en la formación del nuevo enlace fosfoéster sobre el sustrato. Las condiciones intracelulares reales (concentraciones de ATP, ADP y fosfato, temperatura, pH) desplazan el valor efectivo, pero la magnitud se mantiene en ese orden.Qué es la fosforilación
Fosforilación de proteínas y regulación celular
Modalidades de fosforilación en la síntesis de ATP
Preguntas frecuentes
¿Por qué la fosforilación se llama así si el fósforo no emite luz en esta reacción?
¿Es lo mismo fosforilación que fosforólisis?
¿Qué ocurre cuando la fosforilación de proteínas se desregula?
¿Las bacterias también usan fosforilación?
¿Cuánta energía se necesita para fosforilar una molécula?
Referencias
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Infografías realizadas con https://BioRender.com
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