Co to jest fosforylacja substratu?

Fosforylacja substratu, zwana także fosforylacją na poziomie substratu, jest procesem biochemicznym, w którym komórki wytwarzają trifosforan adenozyny (ATP) z difosforanu adenozyny (ADP). Proces ten zachodzi w cytoplazmie i jest ważnym krokiem na szlaku metabolicznym znanym jako glikoliza. ATP jest kofaktorem lub koenzymem, co oznacza, że ​​chociaż nie samo białko, jest niezbędne do prowadzenia reakcji, przekazywania energii i działania jako źródło paliwa dla komórki.

Aby wytworzyć ATP poprzez fosforylację substratu, nieorganiczną grupę fosforanową należy przenieść do ADP z bardziej energicznej cząsteczki. Grupa fosforanowa składa się z czterech atomów tlenu związanych z centralnym atomem fosforu i ma ładunek ujemny. Enzym pośredniczy w reakcji między ADP a związkiem fosforanowym. Produktami reakcji są ATP i inny związek składający się z wodoru, tlenu, a czasem fosforu. Biorąc reakcję za całość, możemy wizualizować ADP, z jego dwoma grupami fosforanowymi, przekształcanymi w ATP, cząsteczkę z trzema grupami fosforanowymi, poprzez dodanie jednej grupy fosforanowej z innej cząsteczki.

Fosforylacja substratu zachodzi dwukrotnie podczas glikolizy, wieloetapowej ścieżki metabolicznej niezbędnej dla organizmów żywych. W glikolizie glukoza cukrowa jest przekształcana w kwas organiczny pirogronian i ATP. Proces ten leży u podstaw metabolizmu, umożliwiając organizmom przekształcenie cukru, który pozyskują ze składników odżywczych w energię.

Podczas wczesnego etapu fosforylacji substratu w glikolizie, grupa fosforanowa jest przenoszona do ADP ze związku zwanego 1,3-bisfosfoglicerynianem. Dwa substraty, ADP i 1,3-bisfosfoglicerynian, wiążą się z enzymem kinazy fosfoglicerynianowej, który katalizuje reakcję. Wytwarzane są ATP i 3-fosfoglicerynian.

Ostatni etap glikolizy obejmuje również fosforylację substratu. Fosfoenolopirogronian, wysokoenergetyczny związek fosforanowy, przenosi swoją grupę fosforanową do ADP poprzez enzym kinazę pirogronianową. Produkty to ATP i pirogronian, cząsteczka złożona z wodoru i tlenu.

Fosforylacja substratu jest regulowana przez czynniki zewnętrzne i nie zawsze może wystąpić podczas glikolizy. Na przykład, gdy komórka ma dużą ilość ATP, ale mało ADP, reakcja może nie przebiegać, ponieważ nie ma wystarczającej ilości ADP do użycia. Obecność samego ATP może również hamować zaangażowane enzymy.

Hormony również odgrywają rolę w regulacji glikolizy. Niski poziom glukozy we krwi, znany również jako niski poziom cukru we krwi, powoduje wytwarzanie glukagonu. Hormon ten jest wytwarzany w trzustce i podnosi poziom cukru we krwi. Hamuje aktywność kinazy pirogronianowej w końcowym etapie glikolizy, uniemożliwiając fosforylację substratu.