Phosphatasen wirken im Gegensatz zu Kinasen/Phosphorylasen, die Phosphatgruppen an Proteine anhängen. Die Hinzufügung einer Phosphatgruppe kann ein Enzym aktivieren oder deaktivieren (z. B. Kinase-Signalwege) oder eine Protein-Protein-Interaktion ermöglichen (z. B. SH2-Domänen); daher sind Phosphatasen ein wesentlicher Bestandteil vieler Signalübertragungswege. Die Hinzufügung und Entfernung von Phosphat entspricht nicht unbedingt der Aktivierung oder Hemmung eines Enzyms, und mehrere Enzyme verfügen über separate Phosphorylierungsstellen zur Aktivierung oder Hemmung der funktionellen Regulierung. CDK beispielsweise kann je nach dem spezifischen Aminosäurerest, der phosphoryliert wird, entweder aktiviert oder deaktiviert werden. Phosphate sind bei der Signaltransduktion wichtig, weil sie die Proteine, an die sie gebunden sind, regulieren. Um die regulierende Wirkung umzukehren, wird das Phosphat entfernt.
Die Phosphorylierung von Proteinen spielt eine entscheidende Rolle bei biologischen Funktionen und steuert nahezu jeden zellulären Prozess, einschließlich des Stoffwechsels, der Gentranskription und -translation, des Fortschreitens des Zellzyklus, der Umgestaltung des Zytoskeletts, der Protein-Protein-Interaktionen, der Proteinstabilität, der Zellbewegung und der Apoptose. Diese Prozesse hängen von den hochgradig regulierten und gegensätzlichen Aktionen von PKs und PPs ab, die durch Veränderungen in der Phosphorylierung von Schlüsselproteinen zustande kommen. Die Histonphosphorylierung reguliert zusammen mit der Methylierung, Ubiquitinierung, Sumoylierung und Acetylierung auch den Zugang zur DNA durch die Reorganisation des Chromatins.
Einer der wichtigsten Schalter für die neuronale Aktivität ist die Aktivierung der PKs und PPs durch erhöhtes intrazelluläres Kalzium. Der Grad der Aktivierung der verschiedenen Isoformen von PKs und PPs wird durch ihre individuelle Empfindlichkeit gegenüber Kalzium gesteuert. Darüber hinaus tragen eine Vielzahl spezifischer Inhibitoren und Targeting-Partner wie Scaffolding-, Anker- und Adaptorproteine zur Kontrolle der PKs und PPs bei und rekrutieren sie in Signalkomplexen in neuronalen Zellen. Solche Signalkomplexe bringen PKs und PPs in der Regel in die Nähe von Zielsubstraten und Signalmolekülen und erhöhen ihre Selektivität, indem sie die Zugänglichkeit zu diesen Substratproteinen einschränken. Die Phosphorylierungsvorgänge werden daher nicht nur durch die ausgewogene Aktivität der PKs und PPs, sondern auch durch ihre eingeschränkte Lokalisierung kontrolliert. Regulatorische Untereinheiten und Domänen dienen dazu, bestimmte Proteine auf bestimmte subzelluläre Kompartimente zu beschränken und die Proteinspezifität zu modulieren. Diese Regulatoren sind von wesentlicher Bedeutung für die Aufrechterhaltung der koordinierten Wirkung von Signalkaskaden, die in neuronalen Zellen kurzfristige (synaptische) und langfristige (nukleäre) Signalübertragung umfassen. Diese Funktionen werden zum Teil durch allosterische Modifikation durch sekundäre Botenstoffe und reversible Proteinphosphorylierung gesteuert.
Man geht davon aus, dass etwa 30 % der bekannten PPs in allen Geweben vorkommen, während der Rest eine gewisse Gewebebeschränkung aufweist. Während die Proteinphosphorylierung ein zellweiter Regulierungsmechanismus ist, haben neuere quantitative Proteomikstudien gezeigt, dass die Phosphorylierung bevorzugt auf Kernproteine abzielt. Viele PPs, die nukleare Ereignisse regulieren, sind oft angereichert oder ausschließlich im Zellkern vorhanden. In neuronalen Zellen sind PPs in mehreren zellulären Kompartimenten vorhanden und spielen eine entscheidende Rolle an Prä- und Postsynapsen, im Zytoplasma und im Kern, wo sie die Genexpression regulieren.
Phosphoproteinphosphatase wird durch das Hormon Insulin aktiviert, das eine hohe Glukosekonzentration im Blut anzeigt. Das Enzym wirkt dann auf die Dephosphorylierung anderer Enzyme wie Phosphorylase-Kinase, Glykogenphosphorylase und Glykogensynthase. Dies führt dazu, dass die Phosphorylase-Kinase und die Glykogenphosphorylase inaktiv werden, während die Glykogensynthase aktiviert wird. Infolgedessen wird die Glykogensynthese erhöht und die Glykogenolyse vermindert, was im Endeffekt dazu führt, dass Energie in die Zelle gelangt und dort gespeichert wird.