Hva er substratfosforylering?

Substratfosforylering, også kalt fosforylering på substratnivå, er en biokjemisk prosess der celler lager adenosintrifosfat (ATP) fra adenosindifosfat (ADP). Denne prosessen skjer i cytoplasma og er et viktig trinn i den metabolske banen kjent som glykolyse. ATP er en kofaktor, eller koenzym, som betyr at selv om det ikke er et protein i seg selv, er det essensielt for å gi reaksjoner, overføre energi og fungere som en brenselskilde for cellen.

For å produsere ATP gjennom substratfosforylering, må en uorganisk fosfatgruppe overføres til ADP fra et mer energisk molekyl. Fosfatgruppen består av fire oksygenatomer bundet til et sentralt fosforatom og bærer en negativ ladning. Et enzym formidler reaksjonen mellom ADP og fosfatforbindelsen. Produktene fra reaksjonen er ATP og en annen forbindelse bestående av hydrogen, oksygen og noen ganger fosfor. Tar vi reaksjonen som en helhet, kan vi visualisere ADP, med de to fosfatgruppene, omgjort til ATP, et molekyl med tre fosfatgrupper, ved tilsetning av en fosfatgruppe fra et annet molekyl.

Substratfosforylering forekommer to ganger under glykolyse, en metadisk metabasevei som er viktig for levende organismer. Ved glykolyse omdannes sukkerglukosen til den organiske syren pyruvat og ATP. Denne prosessen er kjernen i metabolismen, slik at organismer kan omdanne sukkeret de får fra næringsstoffer til energi.

Under det tidlige substratfosforyleringstrinnet i glykolyse overføres en fosfatgruppe til ADP fra en forbindelse som kalles 1,3-bisfosfoglyserat. De to substratene, ADP og 1,3-bisfosfoglyserat, binder seg til enzymet fosfoglyceratkinase, som katalyserer reaksjonen. ATP og 3-fosfoglyserat blir produsert.

Det siste trinnet med glykolyse involverer også substratfosforylering. Fosfoenolpyruvat, en høyenergifosfatforbindelse, overfører fosfatgruppen sin til ADP gjennom enzymet pyruvatkinase. Produktene er ATP og pyruvat, et molekyl som består av hydrogen og oksygen.

Substratfosforylering reguleres av ytre faktorer og kan ikke alltid forekomme under glykolyse. Når en celle har en stor mengde ATP, men lite ADP, for eksempel, kan det hende at reaksjonen ikke fortsetter fordi det ikke er nok ADP til å bruke. Tilstedeværelsen av selve ATP kan også hemme de involverte enzymer.

Hormoner spiller også en rolle i å regulere glykolyse. Lavt blodsukkernivå, også kjent som lavt blodsukker, resulterer i produksjonen av glukagon. Dette hormonet produseres i bukspyttkjertelen og hever blodsukkeret. Det hemmer aktiviteten til pyruvatkinase i det endelige glykolysetrinnet, og forhindrer at substratfosforylering finner sted.