Что такое фосфорилирование субстрата?

Фосфорилирование субстрата, также называемое фосфорилированием на субстратном уровне, представляет собой биохимический процесс, посредством которого клетки производят аденозинтрифосфат (АТФ) из аденозиндифосфата (АДФ). Этот процесс происходит в цитоплазме и является важным этапом метаболического пути, известного как гликолиз. АТФ является кофактором или коферментом, что означает, что, хотя он и не является самим белком, он играет важную роль в реакциях вождения, передаче энергии и в качестве источника топлива для клетки.

Чтобы произвести АТФ путем фосфорилирования субстрата, неорганическая фосфатная группа должна быть перенесена в АДФ из более энергичной молекулы. Фосфатная группа состоит из четырех атомов кислорода, связанных с центральным атомом фосфора, и несет отрицательный заряд. Фермент опосредует реакцию между АДФ и фосфатным соединением. Продуктами реакции являются АТФ и другое соединение, состоящее из водорода, кислорода, а иногда и фосфора. Взяв за основу реакцию в целом, мы можем визуализировать АДФ с двумя его фосфатными группами, превращающимися в АТФ, молекулу с тремя фосфатными группами, путем добавления одной фосфатной группы из другой молекулы.

Фосфорилирование субстрата происходит дважды во время гликолиза, многостадийного метаболического пути, необходимого для живых организмов. При гликолизе сахарная глюкоза превращается в пируват органической кислоты и АТФ. Этот процесс лежит в основе метаболизма, позволяя организмам преобразовывать сахар, который они получают из питательных веществ, в энергию.

На ранней стадии фосфорилирования субстрата в гликолизе фосфатная группа переносится в ADP из соединения, называемого 1,3-бисфосфоглицерат. Два субстрата, АДФ и 1,3-бисфосфоглицерат, связываются с ферментом фосфоглицерат киназой, который катализирует реакцию. АТФ и 3-фосфоглицерат производятся.

Последний этап гликолиза также включает фосфорилирование субстрата. Фосфоенолпируват, высокоэнергетическое фосфатное соединение, переносит свою фосфатную группу в АДФ через фермент пируваткиназу. Продукты АТФ и пируват, молекула, состоящая из водорода и кислорода.

Фосфорилирование субстрата регулируется внешними факторами и может не всегда происходить во время гликолиза. Например, когда клетка имеет большое количество АТФ, но мало АДФ, реакция может не протекать, потому что не хватает АДФ для использования. Присутствие самого АТФ также может ингибировать вовлеченные ферменты.

Гормоны также играют роль в регуляции гликолиза. Низкий уровень глюкозы в крови, также известный как низкий уровень сахара в крови, приводит к выработке глюкагона. Этот гормон вырабатывается в поджелудочной железе и повышает уровень сахара в крови. Он ингибирует активность пируваткиназы на конечной стадии гликолиза, предотвращая фосфорилирование субстрата.