基質のリン酸化とは？

基質レベルのリン酸化とも呼ばれる基質リン酸化は、細胞がアデノシン二リン酸（ADP）からアデノシン三リン酸（ATP）を生成する生化学的プロセスです。 このプロセスは細胞質で起こり、解糖系として知られる代謝経路の重要なステップです。 ATPは補因子、または補酵素です。つまり、タンパク質そのものではありませんが、反応を促進し、エネルギーを伝達し、細胞の燃料源として機能するために不可欠です。

基質のリン酸化によってATPを生成するには、よりエネルギーの高い分子から無機リン酸基をADPに移動する必要があります。 リン酸基は、中央のリン原子に結合した4つの酸素原子で構成され、負電荷を帯びています。 酵素はADPとリン酸化合物間の反応を仲介します。 反応の生成物はATPと、水素、酸素、および場合によってはリンからなる別の化合物です。 反応全体をとると、2つのリン酸基が別の分子から1つのリン酸基を追加することで、3つのリン酸基を持つ分子であるATPに変換されるADPを視覚化できます。

基質のリン酸化は、解糖中に2回発生します。これは、生物に不可欠な多段階の代謝経路です。 解糖系では、糖ブドウ糖は有機酸ピルビン酸塩とATPに変換されます。 このプロセスは代謝の中核であり、生物が栄養から得る糖をエネルギーに変換することを可能にします。

解糖系の初期基質リン酸化段階で、1,3-ビスホスホグリセリン酸と呼ばれる化合物からリン酸基がADPに移動します。 ADPと1,3-ビスホスホグリセリン酸の2つの基質は、ホスホグリセリン酸キナーゼ酵素に結合し、反応を触媒します。 ATPと3-ホスホグリセリン酸が生成されます。

解糖の最終ステップには、基質のリン酸化も含まれます。 高エネルギーリン酸化合物であるホスホエノールピルビン酸は、酵素ピルビン酸キナーゼを介してそのリン酸基をADPに転移します。 製品は、ATPとピルビン酸、水素と酸素からなる分子です。

基質のリン酸化は外的要因によって調節されており、解糖中に常に起こるとは限りません。 たとえば、細胞のATPの量が多いがADPが少ない場合、使用するADPが不足しているため、反応が進まないことがあります。 ATP自体の存在も、関与する酵素を阻害する可能性があります。

ホルモンは解糖の調節にも役割を果たします。 低血糖としても知られる低血糖レベルは、グルカゴンの産生をもたらします。 このホルモンは膵臓で生成され、血糖値を上昇させます。 最終解糖段階でピルビン酸キナーゼの活性を阻害し、基質のリン酸化が起こるのを防ぎます。