Wat is substraatfosforylering?

Substraatfosforylering, ook wel substraatniveau fosforylering genoemd, is een biochemisch proces waarbij cellen adenosinetrifosfaat (ATP) maken uit adenosinedifosfaat (ADP). Dit proces vindt plaats in het cytoplasma en is een belangrijke stap in de metabole route die bekend staat als glycolyse. ATP is een cofactor of co-enzym, wat betekent dat hoewel het geen eiwit zelf is, het essentieel is bij het stimuleren van reacties, het overbrengen van energie en het fungeren als een brandstofbron voor de cel.

Om ATP te produceren via substraatfosforylering, moet een anorganische fosfaatgroep worden overgebracht naar ADP vanuit een meer energetisch molecuul. De fosfaatgroep bestaat uit vier zuurstofatomen gebonden aan een centraal fosforatoom en draagt ​​een negatieve lading. Een enzym bemiddelt de reactie tussen ADP en de fosfaatverbinding. De producten van de reactie zijn ATP en een andere verbinding die bestaat uit waterstof, zuurstof en soms fosfor. Over het geheel genomen kunnen we ADP visualiseren, met zijn twee fosfaatgroepen, die worden omgezet in ATP, een molecuul met drie fosfaatgroepen, door de toevoeging van een fosfaatgroep uit een ander molecuul.

Substraatfosforylering vindt tweemaal plaats tijdens glycolyse, een metabolische route in meerdere stappen die essentieel is voor levende organismen. Bij glycolyse wordt de suiker glucose omgezet in het organische zuur pyruvaat en ATP. Dit proces vormt de kern van het metabolisme, waardoor organismen de suiker die ze uit voedingsstoffen halen, kunnen omzetten in energie.

Tijdens de vroege substraatfosforyleringsstap in glycolyse wordt een fosfaatgroep overgebracht naar ADP uit een verbinding die 1,3-bisfosfoglyceraat wordt genoemd. De twee substraten, ADP en 1,3-bisfosfoglyceraat, binden aan het enzym fosfoglyceraatkinase, dat de reactie katalyseert. ATP en 3-fosfoglyceraat worden geproduceerd.

De laatste stap van glycolyse omvat ook substraatfosforylering. Fosfoenolpyruvaat, een hoogenergetische fosfaatverbinding, brengt zijn fosfaatgroep over naar ADP via het enzym pyruvaatkinase. De producten zijn ATP en pyruvaat, een molecule bestaande uit waterstof en zuurstof.

Substraatfosforylering wordt gereguleerd door externe factoren en treedt mogelijk niet altijd op tijdens glycolyse. Wanneer een cel bijvoorbeeld een grote hoeveelheid ATP heeft maar weinig ADP, kan de reactie niet doorgaan omdat er niet genoeg ADP is om te gebruiken. De aanwezigheid van ATP zelf kan ook de betrokken enzymen remmen.

Hormonen spelen ook een rol bij het reguleren van glycolyse. Lage bloedsuikerspiegel, ook bekend als lage bloedsuikerspiegel, resulteert in de productie van glucagon. Dit hormoon wordt geproduceerd in de alvleesklier en verhoogt de bloedsuikerspiegel. Het remt de activiteit van pyruvaatkinase in de laatste glycolysestap, waardoor substraatfosforylering wordt voorkomen.