结构生物化学/酶调节/可逆共价修饰
当一个分子共价连接到一个酶上时，酶的活性或催化活性可能会发生改变。在这个调节策略中，供体分子提供修饰基团。受体分子通常是酶分子，它接受修饰基团，从而改变其活性。受体通常是丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基，这些氨基酸含有羟基。共价修饰的过程可能是可逆的，但并非在所有情况下都是如此。蛋白磷酸化是共价调节的一个常见例子。
共价修饰策略的例子包括乙酰化/去乙酰化；磷酸化/去磷酸化；肉豆蔻酰化；ADP核糖基化；法尼基化；硫酸化；泛素化。然而，磷酸化和乙酰化是最常见的例子。在磷酸化中，ATP将一个磷酸基团捐赠给胞嘧啶或酪氨酸的羟基。反应生成ADP和磷酸酯（磷酸化蛋白质）。在磷酸化的例子中，糖原磷酸化酶蛋白质中被修饰的功能是葡萄糖稳态。在乙酰化的例子中，供体分子是乙酰辅酶A。组蛋白蛋白质中被修饰的功能是DNA包装。
磷酸化反应几乎应用于每一个代谢过程；此外，大约30%的已知蛋白质都被磷酸化。催化磷酸化过程的酶是蛋白激酶。人类基因组中大约有500个该酶的同源物。为催化修饰过程提供修饰基团的供体分子是ATP分子。受体分子在其序列中必须包含一个含有OH基团的氨基酸（如丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸）。在磷酸化过程中，ATP分子中的γ-磷酰基团攻击蛋白质分子中含有OH的氨基酸。这个过程只能在细胞内发生。位于细胞外的蛋白质无法进行磷酸化调节。
蛋白磷酸酶是另一种类型的酶，它催化从蛋白质分子中去除磷酸基团的过程。这也被称为去磷酸化。这种酶使激酶激活的蛋白质上的标志失活。蛋白磷酸酶去除附着在蛋白质上的磷酰基团。然而，这些酶需要提高磷酸化/去磷酸化反应的反应速率。
蛋白质磷酸化增加了两个负电荷，形成了2-3个氢键，是一种可逆修饰，动力学可以根据生理过程进行调整，放大信号，并且ATP协调信号与生物能量学。
1. 附着的磷酰基团为修饰后的蛋白质增加了额外的负电荷（2-）。负电荷的存在可以作为与其他含有正电荷的蛋白质或与同一蛋白质中带正电荷的氨基酸之间静电相互作用的来源。
2. 由于能够形成三个氢键，磷酰基团也能够形成额外的相互作用。
3. 磷酸化过程产生大量的自由能。
4. 磷酸化过程所需时间范围从一秒到几小时不等，具体取决于生理过程。
5. 磷酸化的供体分子ATP被认为是代谢过程调节所需的能量货币单位。
磷酸化是一种控制酶和其他蛋白质活性的共价修饰。这种修饰可以极大地放大信号，因为一个激酶有可能对各种靶分子产生指数级连锁效应。例如，人眼对光子的反应灵敏度。蛋白激酶调节激活可以通过蛋白磷酸酶逆转，即连接的磷酸盐的水解反应。环腺苷酸（cAMP）是一种细胞内信使，可以激活蛋白激酶A。cAMP通过改变四级结构激活蛋白激酶A。cAMP在真核细胞中的作用是由于cAMP激活PKA。这种多功能激酶的激活是通过cAMP结合到酶的调节亚基来实现的，这释放了蛋白激酶A的功能位点。当抑制剂与蛋白激酶A结合时，它会结合在酶域之间的一个裂隙中。
肌肉中的PKA有2个亚基：调节（R）亚基和催化（C）亚基。cAMP与调节亚基的结合消除了它对催化亚基的抑制。
PKA的调节：当四个cAMP分子与PKA结合时，PKA被激活；这会将被抑制的完整酶（R2C2）解离成一个调节亚基（R2）和两个催化活性亚基（C）。
Berg, Jeremy M. John L. Tymoczko. Lubert Stryer. 生物化学第六版。纽约：W.H. Freeman 公司 2007 年。