Che cos'è la fosforilazione a livello di substrato?
La fosforilazione a livello di substrato comprende alcune reazioni chimiche che si verificano nelle cellule umane durante la glicolisi, la conversione del glucosio che porta alla produzione di due molecole ad alta energia, denominate adenosina trifosfato (ATP). Ciò si ottiene attraverso il trasferimento chimico di un gruppo fosfato da ciascuna delle due molecole di fosfoenolpiruvato (PEP), formando ADP, che viene poi trasformato in ATP. Oltre all'ATP, la glicolisi produce anche due molecole di nicotinamide adenina dinucleotide (NADH) in forma ridotta e piruvato, che viene messo nella fase successiva della respirazione cellulare.
L'ATP è la principale molecola di energia utilizzata dalle cellule, che guida tutti i processi che si verificano al suo interno, di cui la fosforilazione a livello di substrato ha un ruolo piccolo, sebbene importante, ed è in realtà uno dei due modi in cui l'ATP è prodotto dall'ADP nell'uomo. La fosforilazione ossidativa è l'altro meccanismo necessario per produrre energia, la maggior parte dei quali avviene all'interno dei mitocondri della cellula. Spesso indicato come la centrale elettrica della cellula, i mitocondri sono gli organelli in cui si verificano tutte le fasi della respirazione cellulare, tranne la glicolisi. Tutte le fasi della glicolisi, compresa la fosforilazione a livello di substrato, avvengono nel citosol cellulare, fluido contenente tutti i componenti cellulari come il nucleo e i ribosomi.
La respirazione cellulare nell'uomo avviene in modo aerobico e consiste in quattro fasi di reazioni attraverso le quali il cibo viene convertito in ATP. La glicolisi è l'inizio del processo di cui la fosforilazione a livello di substrato è l'ultimo passo. Successivamente, il piruvato della glicolisi viene utilizzato per formare l'acetil coenzima A, da cui viene rilasciato l'anidride carbonica del prodotto di scarto. Con il ciclo di Krebs, parte del coenzima viene utilizzata per produrre ancora un'altra sostanza chimica chiamata citrato, più anidride carbonica viene rilasciata come ATP, NADH e un'altra molecola che produce energia denominata flavin adenina dinucleotide (FADH2) sono anche prodotti finali. L'ultima di queste fasi è la catena di trasporto degli elettroni e la chemiosmosi, mediante le quali l'energia prelevata dal glucosio, NADH e FADH2 viene utilizzata nel movimento degli ioni idrogeno attraverso la membrana dei mitocondri, nonché per la produzione di più ATP.
La piruvato chinasi è l'enzima responsabile della catalizzazione della fosforilazione a livello di substrato. Altre reazioni chimiche di glicolisi e successive fasi di respirazione cellulare comportano l'azione di un certo enzima, una proteina necessaria per controllare la velocità delle reazioni, che è molto importante per soddisfare il fabbisogno energetico del corpo umano, in quanto richiede solo un minuto per consumare tutto ATP disponibile. Una volta completata la reazione, l'enzima viene riciclato e riutilizzato.