Qu'est-ce que la phosphorylation de substrat?
La phosphorylation de substrat, également appelée phosphorylation au niveau du substrat, est un processus biochimique par lequel les cellules produisent de l'adénosine triphosphate (ATP) à partir de l'adénosine diphosphate (ADP). Ce processus se produit dans le cytoplasme et constitue une étape importante de la voie métabolique appelée glycolyse. L'ATP est un cofacteur, ou coenzyme, ce qui signifie que même s'il ne s'agit pas d'une protéine, il est essentiel pour la conduite de réactions, le transfert d'énergie et le fonctionnement en tant que source de combustible pour la cellule.
Afin de produire de l'ATP par phosphorylation de substrat, un groupe phosphate inorganique doit être transféré dans l'ADP à partir d'une molécule plus énergétique. Le groupe phosphate est constitué de quatre atomes d'oxygène liés à un atome de phosphore central et porte une charge négative. Une enzyme intervient dans la réaction entre l'ADP et le composé de phosphate. Les produits de la réaction sont l'ATP et un autre composé constitué d'hydrogène, d'oxygène et parfois de phosphore. En prenant la réaction dans son ensemble, nous pouvons visualiser que l’ADP, avec ses deux groupes phosphate, est converti en ATP, une molécule à trois groupes phosphate, par addition d’un groupe phosphate à partir d’une autre molécule.
La phosphorylation du substrat a lieu deux fois au cours de la glycolyse, une voie métabolique à plusieurs étapes essentielle aux organismes vivants. Dans la glycolyse, le sucre glucose est converti en pyruvate d'acide organique et en ATP. Ce processus est au cœur du métabolisme, permettant aux organismes de transformer le sucre qu’ils tirent des nutriments en énergie.
Au cours de l’étape initiale de phosphorylation du substrat dans la glycolyse, un groupe phosphate est transféré à l’ADP à partir d’un composé appelé 1,3-bisphosphoglycérate. Les deux substrats, ADP et 1,3-bisphosphoglycérate, se lient à l'enzyme phosphoglycérate kinase, qui catalyse la réaction. L'ATP et le 3-phosphoglycérate sont produits.
La dernière étape de la glycolyse implique également la phosphorylation du substrat. Le phosphoénolpyruvate, un composé de phosphate de haute énergie, transfère son groupe phosphate à l'ADP par le biais de l'enzyme pyruvate kinase. Les produits sont l'ATP et le pyruvate, une molécule constituée d'hydrogène et d'oxygène.
La phosphorylation du substrat est régulée par des facteurs externes et peut ne pas toujours se produire pendant la glycolyse. Par exemple, lorsqu'une cellule contient une grande quantité d'ATP mais peu d'ADP, la réaction peut ne pas se produire car il n'y a pas assez d'ADP à utiliser. La présence d'ATP peut également inhiber les enzymes impliquées.
Les hormones jouent également un rôle dans la régulation de la glycolyse. Un faible taux de glucose dans le sang, également appelé faible taux de sucre dans le sang, entraîne la production de glucagon. Cette hormone est produite dans le pancréas et augmente la glycémie. Il inhibe l'activité de la pyruvate kinase dans la dernière étape de glycolyse, empêchant ainsi la phosphorylation du substrat.