Viene definita fosforilazione a livello del substrato la produzione di ATP o GTP a seguito del trasferimento di un gruppo fosfato da un substrato all’ADP o al GDP.[1]
L’energia rilasciata dalla rottura del legame ad alta energia del substrato rende possibile la formazione del legame fosfoanidridico.[2] Parte di questa energia agisce come una sorta di forza trainante che spinge la reazione verso la formazione dei nucleotidi trifosfato, mentre parte è immagazzinata nel legame neoformato.[3]
E’ un processo che coinvolge enzimi solubili e intermedi chimici, differenziandosi in questo dalla fosforilazione ossidativa e dalla fotofosforilazione, processi in cui la sintesi dei nucleotidi trifosfati coinvolge enzimi di membrana e gradienti protonici transmembrana.[2]
Esempi di fosforilazione a livello del substrato si hanno nella via glicolitica e nel ciclo dell’acido citrico.[3]
Sebbene la maggior parte dell’ATP prodotto in condizioni aerobiche derivi dalla fosforilazione ossidativa e, negli organismi fotosintetizzanti, anche dalla fotofosforilazione, la fosforilazione a livello del substrato è comunque essenziale nel metabolismo energetico, specialmente in condizioni anaerobiche.[4][5]
Indice
Glicolisi e fosforilazione dell’ADP
Due reazioni della glicolisi sono esempi ben noti di fosforilazione a livello del substrato.
Nella seconda fase della via glicolitica, la fase di recupero energetico, due delle cinque reazioni che la compongono permettono l’estrazione diretta e l’immagazzinamento nella molecola di ATP di parte dell’energia chimica della molecola di glucosio.[5]
Le reazioni coinvolte sono quelle catalizzate dalla fosfoglicerato chinasi (EC 2.7.2.3), e dalla piruvato chinasi (EC 2.7.1.40).
Nelle reazione un gruppo fosfato ad alta energia è trasferito all’ADP:
- dall’1,3-bisfosfoglicerato, con produzione di una molecola di ATP e una molecola di 3-fosfoglicerato;
- dal fosfoenolpiruvato, con produzione di una seconda molecola di ATP e una molecola di piruvato.[6]
Queste due reazioni di fosforilazione a livello del substrato consentono la sintesi di ATP anche in condizioni anaerobiche.[3]
Ciclo dell’acido citrico e fosforilazione del GDP
Nel ciclo dell’acido citrico si trova un altro esempio di fosforilazione a livello del substrato nella reazione catalizzata dalla succinil-CoA sintetasi, anche detta succinato-CoA ligasi (EC 6.2.1.4). L’enzima catalizza la scissione del legame tioestere ad alta energia del succinil-CoA, analogo a quello presente nell’acetil-CoA. L’energia rilasciata rende possibile la formazione di un legame fosfoanidridico, quindi la sintesi del GTP dal GDP.[5]
Bibliografia
- ^ Ha C.E., Bhagavan N.V.. Chapter 11 – Carbohydrate metabolism I: glycolysis and the tricarboxylic acid cycle. Editor(s): Chung Eun Ha, N.V. Bhagavan. Essentials of Medical Biochemistry. 3rd Edition. Academic Press, 2023, pages 203-227. doi:10.1016/B978-0-323-88541-6.00030-2
- ^ a b Garrett R.H., Grisham C.M. Biochemistry. 4th Edition. Brooks/Cole, Cengage Learning, 2010.
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