Was ist Substratphosphorylierung?
Die Substratphosphorylierung, auch Phosphorylierung auf Substratebene genannt, ist ein biochemischer Prozess, bei dem Zellen aus Adenosindiphosphat (ADP) Adenosintriphosphat (ATP) herstellen. Dieser Prozess findet im Zytoplasma statt und ist ein wichtiger Schritt im Stoffwechselweg, der als Glykolyse bekannt ist. ATP ist ein Cofaktor oder Coenzym, was bedeutet, dass es zwar kein Protein selbst ist, aber für die Fahrreaktionen, die Energieübertragung und als Brennstoffquelle für die Zelle von wesentlicher Bedeutung ist.
Um ATP durch Substratphosphorylierung zu produzieren, muss eine anorganische Phosphatgruppe von einem energetischeren Molekül auf ADP übertragen werden. Die Phosphatgruppe besteht aus vier Sauerstoffatomen, die an ein zentrales Phosphoratom gebunden sind und eine negative Ladung tragen. Ein Enzym vermittelt die Reaktion zwischen ADP und der Phosphatverbindung. Die Produkte der Reaktion sind ATP und eine andere Verbindung, die aus Wasserstoff, Sauerstoff und manchmal Phosphor besteht. Unter Betrachtung der gesamten Reaktion können wir uns vorstellen, dass ADP mit seinen zwei Phosphatgruppen durch Addition einer Phosphatgruppe von einem anderen Molekül in ATP umgewandelt wird, ein Molekül mit drei Phosphatgruppen.
Die Phosphorylierung des Substrats erfolgt zweimal während der Glykolyse, einem mehrstufigen Stoffwechselweg, der für lebende Organismen unerlässlich ist. Bei der Glykolyse wird die Zuckerglucose in die organische Säure Pyruvat und ATP umgewandelt. Dieser Prozess ist das Herzstück des Stoffwechsels und ermöglicht es Organismen, den Zucker, den sie aus Nährstoffen gewinnen, in Energie umzuwandeln.
Während des frühen Phosphorylierungsschritts des Substrats bei der Glykolyse wird eine Phosphatgruppe von einer Verbindung namens 1,3-Bisphosphoglycerat auf ADP übertragen. Die beiden Substrate ADP und 1,3-Bisphosphoglycerat binden an das Enzym Phosphoglyceratkinase, das die Reaktion katalysiert. Es entstehen ATP und 3-Phosphoglycerat.
Der letzte Schritt der Glykolyse beinhaltet auch die Phosphorylierung des Substrats. Phosphoenolpyruvat, eine hochenergetische Phosphatverbindung, überträgt ihre Phosphatgruppe über das Enzym Pyruvatkinase auf ADP. Die Produkte sind ATP und Pyruvat, ein Molekül bestehend aus Wasserstoff und Sauerstoff.
Die Phosphorylierung des Substrats wird durch äußere Faktoren reguliert und tritt möglicherweise nicht immer während der Glykolyse auf. Wenn eine Zelle beispielsweise eine große Menge ATP, aber wenig ADP enthält, kann die Reaktion möglicherweise nicht fortgesetzt werden, da nicht genügend ADP zur Verwendung vorhanden ist. Die Anwesenheit von ATP selbst kann auch die beteiligten Enzyme hemmen.
Hormone spielen auch eine Rolle bei der Regulierung der Glykolyse. Ein niedriger Blutzuckerspiegel, auch als niedriger Blutzuckerspiegel bezeichnet, führt zur Produktion von Glukagon. Dieses Hormon wird in der Bauchspeicheldrüse produziert und erhöht den Blutzucker. Es hemmt die Aktivität der Pyruvatkinase im letzten Glycolyseschritt und verhindert, dass die Phosphorylierung des Substrats stattfindet.