Fosfatases werken in tegenstelling tot kinases/fosforylases, die fosfaatgroepen aan eiwitten toevoegen. De toevoeging van een fosfaatgroep kan een enzym activeren of deactiveren (bv. bij signaaltransductieroutes met behulp van kinasen) of een eiwit-eiwitinteractie mogelijk maken (bv. bij SH2-domeinen); fosfatasen zijn dan ook een integrerend onderdeel van veel signaaltransductieroutes. Fosfaattoevoeging en -verwijdering komen niet noodzakelijk overeen met activering of remming van het enzym, en verschillende enzymen hebben afzonderlijke fosforyleringsplaatsen voor activerende of remmende functionele regulering. CDK, bijvoorbeeld, kan worden geactiveerd of gedeactiveerd afhankelijk van het specifieke aminozuurresidu dat gefosforyleerd wordt. Fosfosfaten zijn belangrijk in signaaltransductie omdat zij de eiwitten waaraan zij zijn gehecht reguleren. Om het regulerende effect om te keren, wordt het fosfaat verwijderd. Dit gebeurt op zichzelf door hydrolyse, of wordt gemedieerd door eiwit fosfatasen.
Eiwit fosforylering speelt een cruciale rol in biologische functies en controleert bijna elk cellulair proces, waaronder metabolisme, gen transcriptie en translatie, celcyclus progressie, cytoskeletale herschikking, eiwit-eiwit interacties, eiwit stabiliteit, celbeweging, en apoptose. Deze processen zijn afhankelijk van de sterk gereguleerde en tegengestelde acties van PK’s en PP’s, via veranderingen in de fosforylering van belangrijke eiwitten. Histon-fosforylering, samen met methylering, ubiquitinering, sumoylering en acetylering, regelt ook de toegang tot DNA via chromatine-reorganisatie.
Een van de belangrijkste schakelaars voor neuronale activiteit is de activering van PK’s en PP’s door verhoogd intracellulair calcium. De mate van activering van de verschillende isovormen van PK’s en PP’s wordt bepaald door hun individuele gevoeligheid voor calcium. Bovendien draagt een brede waaier van specifieke inhibitoren en targeting partners zoals scaffolding, anchoring, en adaptor proteïnen ook bij tot de controle van PKs en PPs en rekruteren ze in signaalcomplexen in neuronale cellen. Dergelijke signaalcomplexen brengen PK’s en PP’s doorgaans in de nabijheid van doelsubstraten en signaalmoleculen en verhogen hun selectiviteit door de toegankelijkheid tot deze substraateiwitten te beperken. Fosforyleringsgebeurtenissen worden bijgevolg niet alleen gecontroleerd door de evenwichtige activiteit van PK’s en PP’s, maar ook door hun beperkte lokalisatie. Regulerende subeenheden en domeinen dienen om specifieke eiwitten te beperken tot bepaalde subcellulaire compartimenten en om de eiwitspecificiteit te moduleren. Deze regulatoren zijn essentieel voor de instandhouding van de gecoördineerde werking van signaalcascades, die in neuronale cellen zowel kortetermijn- (synaptische) als langetermijnsignalering (nucleaire) omvatten. Deze functies worden gedeeltelijk gecontroleerd door allosterische modificatie door secundaire boodschappers en omkeerbare eiwitfosforylering.
Geschat wordt dat ongeveer 30% van de bekende PP’s in alle weefsels aanwezig is, en dat de rest een zekere weefselrestrictie vertoont. Hoewel fosforylering van eiwitten een celbreed reguleringsmechanisme is, hebben recente kwantitatieve proteomics studies aangetoond dat fosforylering zich bij voorkeur richt op nucleaire eiwitten. Vele PPs die nucleaire gebeurtenissen reguleren, zijn vaak verrijkt of exclusief aanwezig in de kern. In neuronale cellen zijn PPs aanwezig in meerdere cellulaire compartimenten en spelen een cruciale rol bij zowel pre- als post-synapsen, in het cytoplasma en in de kern waar ze genexpressie reguleren.
Fosfoproteïne fosfatase wordt geactiveerd door het hormoon insuline, dat aangeeft dat er een hoge concentratie glucose in het bloed is. Het enzym gaat vervolgens over tot defosforylering van andere enzymen, zoals fosforylase kinase, glycogeen fosforylase en glycogeen synthase. Dit leidt ertoe dat fosforylase kinase en glycogeen fosforylase inactief worden, terwijl glycogeen synthase wordt geactiveerd. Als gevolg daarvan wordt de glycogeensynthese verhoogd en de glycogenolyse verlaagd, met als netto-effect dat energie in de cel wordt opgenomen en opgeslagen.