La phosphorylation du substrat, également appelée phosphorylation au niveau du substrat, est un processus biochimique par lequel les cellules fabriquent de l’adénosine triphosphate (ATP) à partir de l’adénosine diphosphate (ADP). Ce processus se produit dans le cytoplasme et constitue une étape importante de la voie métabolique connue sous le nom de glycolyse. L’ATP est un cofacteur, ou coenzyme, ce qui signifie que bien qu’il ne s’agisse pas d’une protéine en soi, il est essentiel dans la conduite des réactions, le transfert d’énergie et agit comme une source de carburant pour la cellule.
Afin de produire de l’ATP par phosphorylation du substrat, un groupe phosphate inorganique doit être transféré à l’ADP à partir d’une molécule plus énergétique. Le groupe phosphate se compose de quatre atomes d’oxygène liés à un atome de phosphore central et porte une charge négative. Une enzyme médie la réaction entre l’ADP et le composé phosphate. Les produits de la réaction sont l’ATP et un autre composé constitué d’hydrogène, d’oxygène et parfois de phosphore. En prenant la réaction dans son ensemble, nous pouvons visualiser l’ADP, avec ses deux groupes phosphate, se transformer en ATP, une molécule à trois groupes phosphate, par l’ajout d’un groupe phosphate d’une autre molécule.
La phosphorylation du substrat se produit deux fois au cours de la glycolyse, une voie métabolique à plusieurs étapes essentielle aux organismes vivants. Lors de la glycolyse, le sucre glucose est converti en acide organique pyruvate et ATP. Ce processus est au cœur du métabolisme, permettant aux organismes de transformer le sucre qu’ils tirent des nutriments en énergie.
Au cours de la première étape de phosphorylation du substrat dans la glycolyse, un groupe phosphate est transféré à l’ADP à partir d’un composé appelé 1,3-bisphosphoglycérate. Les deux substrats, l’ADP et le 1,3-bisphosphoglycérate, se lient à l’enzyme phosphoglycérate kinase, qui catalyse la réaction. L’ATP et le 3-phosphoglycérate sont produits.
L’étape finale de la glycolyse implique également la phosphorylation du substrat. Le phosphoénolpyruvate, un composé phosphaté à haute énergie, transfère son groupe phosphate à l’ADP via l’enzyme pyruvate kinase. Les produits sont l’ATP et le pyruvate, une molécule constituée d’hydrogène et d’oxygène.
La phosphorylation du substrat est régulée par des facteurs externes et peut ne pas toujours se produire pendant la glycolyse. Lorsqu’une cellule contient une grande quantité d’ATP mais peu d’ADP, par exemple, la réaction peut ne pas se dérouler car il n’y a pas assez d’ADP à utiliser. La présence d’ATP elle-même peut également inhiber les enzymes impliquées.
Les hormones jouent également un rôle dans la régulation de la glycolyse. Un faible taux de glucose dans le sang, également connu sous le nom d’hypoglycémie, entraîne la production de glucagon. Cette hormone est produite dans le pancréas et augmente la glycémie. Il inhibe l’activité de la pyruvate kinase dans l’étape de glycolyse finale, empêchant la phosphorylation du substrat de se produire.