La fosforilazione del substrato, chiamata anche fosforilazione a livello del substrato, è un processo biochimico mediante il quale le cellule producono adenosina trifosfato (ATP) dall’adenosina difosfato (ADP). Questo processo avviene nel citoplasma ed è un passaggio importante nella via metabolica nota come glicolisi. L’ATP è un cofattore, o coenzima, il che significa che, sebbene non sia una proteina in sé, è essenziale per guidare le reazioni, trasferire energia e agire come fonte di combustibile per la cellula.
Per produrre ATP attraverso la fosforilazione del substrato, un gruppo fosfato inorganico deve essere trasferito all’ADP da una molecola più energetica. Il gruppo fosfato è costituito da quattro atomi di ossigeno legati a un atomo di fosforo centrale e porta una carica negativa. Un enzima media la reazione tra l’ADP e il composto fosfato. I prodotti della reazione sono ATP e un altro composto costituito da idrogeno, ossigeno e talvolta fosforo. Considerando la reazione nel suo complesso, possiamo visualizzare l’ADP, con i suoi due gruppi fosfato, che viene convertito in ATP, una molecola con tre gruppi fosfato, attraverso l’aggiunta di un gruppo fosfato da un’altra molecola.
La fosforilazione del substrato avviene due volte durante la glicolisi, una via metabolica a più fasi essenziale per gli organismi viventi. Nella glicolisi, il glucosio zucchero viene convertito in acido organico piruvato e ATP. Questo processo è al centro del metabolismo, consentendo agli organismi di trasformare lo zucchero che ottengono dai nutrienti in energia.
Durante la fase iniziale della fosforilazione del substrato nella glicolisi, un gruppo fosfato viene trasferito all’ADP da un composto chiamato 1,3-bisfosfoglicerato. I due substrati, ADP e 1,3-bisfosfoglicerato, si legano all’enzima fosfoglicerato chinasi, che catalizza la reazione. Vengono prodotti ATP e 3-fosfoglicerato.
La fase finale della glicolisi coinvolge anche la fosforilazione del substrato. Il fosfoenolpiruvato, un composto fosfato ad alta energia, trasferisce il suo gruppo fosfato all’ADP attraverso l’enzima piruvato chinasi. I prodotti sono ATP e piruvato, una molecola costituita da idrogeno e ossigeno.
La fosforilazione del substrato è regolata da fattori esterni e potrebbe non verificarsi sempre durante la glicolisi. Quando una cellula ha una grande quantità di ATP ma poco ADP, ad esempio, la reazione potrebbe non procedere perché non c’è abbastanza ADP da usare. La stessa presenza di ATP può anche inibire gli enzimi coinvolti.
Anche gli ormoni svolgono un ruolo nella regolazione della glicolisi. Un basso livello di glucosio nel sangue, noto anche come basso livello di zucchero nel sangue, provoca la produzione di glucagone. Questo ormone viene prodotto nel pancreas e aumenta la glicemia. Inibisce l’attività della piruvato chinasi nella fase finale della glicolisi, prevenendo la fosforilazione del substrato.