Vad är substratfosforylering?
Substratfosforylering, även kallad fosforylering på substratnivå, är en biokemisk process genom vilken celler gör adenosintrifosfat (ATP) av adenosindifosfat (ADP). Denna process sker i cytoplasma och är ett viktigt steg i den metaboliska vägen känd som glykolys. ATP är en kofaktor eller koenzym, vilket betyder att även om det inte är ett protein i sig, är det viktigt för att driva reaktioner, överföra energi och fungera som en bränslekälla för cellen.
För att producera ATP genom substratfosforylering måste en oorganisk fosfatgrupp överföras till ADP från en mer energisk molekyl. Fosfatgruppen består av fyra syreatomer bundna till en central fosforatom och har en negativ laddning. Ett enzym förmedlar reaktionen mellan ADP och fosfatföreningen. Produkterna från reaktionen är ATP och en annan förening bestående av väte, syre och ibland fosfor. Genom att ta reaktionen som helhet kan vi visualisera ADP, med dess två fosfatgrupper, omvandlas till ATP, en molekyl med tre fosfatgrupper, genom tillsats av en fosfatgrupp från en annan molekyl.
Substratfosforylering inträffar två gånger under glykolys, en metabolistväg som är väsentlig för levande organismer. Vid glykolys omvandlas sockerglukosen till den organiska syran pyruvat och ATP. Denna process är kärnan i ämnesomsättningen, vilket gör att organismer kan förvandla sockret som de får från näringsämnen till energi.
Under det tidiga substratfosforyleringssteget i glykolys överförs en fosfatgrupp till ADP från en förening som kallas 1,3-bisfosfoglycerat. De två substraten, ADP och 1,3-bisfosfoglycerat, binder till enzymet fosfoglyceratkinas, som katalyserar reaktionen. ATP och 3-fosfoglycerat produceras.
Det sista steget av glykolys involverar också substratfosforylering. Fosfoenolpyruvat, en fosfatförening med hög energi, överför sin fosfatgrupp till ADP genom enzymet pyruvat-kinas. Produkterna är ATP och pyruvat, en molekyl som består av väte och syre.
Substratfosforylering regleras av yttre faktorer och inträffar inte alltid under glykolys. När en cell har en stor mängd ATP men lite ADP, till exempel, kan reaktionen inte fortsätta eftersom det inte finns tillräckligt med ADP att använda. Närvaron av ATP själv kan också hämma de involverade enzymerna.
Hormoner spelar också en roll för att reglera glykolys. Låg blodsockernivå, även känd som lågt blodsocker, resulterar i produktionen av glukagon. Detta hormon produceras i bukspottkörteln och höjer blodsockret. Det hämmar aktiviteten hos pyruvat-kinas i det slutliga glykolyssteget och förhindrar att substratfosforylering äger rum.