Substraatin fosforylaatio, jota kutsutaan myös substraattitason fosforylaatioksi, on biokemiallinen prosessi, jossa solut valmistavat adenosiinitrifosfaattia (ATP) adenosiinidifosfaatista (ADP). Tämä prosessi tapahtuu sytoplasmassa ja on tärkeä vaihe metabolisessa reitissä, joka tunnetaan nimellä glykolyysi. ATP on kofaktori tai koentsyymi, mikä tarkoittaa, että vaikka se ei ole itse proteiini, se on välttämätön reaktioiden ajamisessa, energian siirtämisessä ja solun polttoaineen lähteenä.
ATP: n tuottamiseksi substraatin fosforylaation avulla epäorgaaninen fosfaattiryhmä on siirrettävä ADP: hen energisemmästä molekyylistä. Fosfaattiryhmä koostuu neljästä happiatomista, jotka on sidottu fosforin keskiatomiin, ja sillä on negatiivinen varaus. Entsyymi välittää ADP: n ja fosfaattiyhdisteen välisen reaktion. Reaktion tuotteet ovat ATP ja toinen yhdiste, joka koostuu vedystä, hapesta ja joskus fosforista. Kun otetaan huomioon reaktio kokonaisuutena, voimme visualisoida ADP: n, jossa sen kaksi fosfaattiryhmää muutetaan ATP: ksi, molekyyliksi, jossa on kolme fosfaattiryhmää, lisäämällä yksi fosfaattiryhmä toisesta molekyylistä.
Substraatin fosforylaatio tapahtuu kahdesti glykolyysin aikana, joka on monivaiheinen metabolinen reitti, joka on välttämätön eläville organismeille. Glykolyysissä sokeriglukoosi muuttuu orgaaniseksi happopyruvaatiksi ja ATP: ksi. Tämä prosessi on aineenvaihdunnan ydin, jolloin organismit voivat muuttaa ravinteista saamansa sokerin energiaksi.
Glykolyysin varhaisen substraatin fosforylaatiovaiheen aikana fosfaattiryhmä siirretään ADP: hen yhdisteestä, jota kutsutaan 1,3-bisfosfoglysereraatiksi. Kaksi substraattia, ADP ja 1,3-bisfosfoglysereraatti, sitoutuvat fosfoglysereraattikinaasientsyymiin, joka katalysoi reaktiota. Tuotetaan ATP: tä ja 3-fosfoglysereraattia.
Glykolyysin viimeinen vaihe sisältää myös substraatin fosforylaation. Fosfenolipyruvaatti, korkean energian fosfaattiyhdiste, siirtää fosfaattiryhmänsä ADP: hen pyruvaatikinaasin entsyymin kautta. Tuotteet ovat ATP ja pyruvaatti, molekyyli, joka koostuu vedystä ja hapesta.
Substraatin fosforylaatiota säätelevät ulkoiset tekijät, eikä sitä välttämättä aina tapahdu glykolyysin aikana. Kun solussa on esimerkiksi suuri määrä ATP: tä, mutta vähän ADP: tä, reaktio ei ehkä etene, koska ADP: tä ei ole tarpeeksi käytettäväksi. ATP: n läsnäolo itsessään voi myös estää mukana olevia entsyymejä.
Hormonit vaikuttavat myös glykolyysin säätelyyn. Alhainen verensokeri, joka tunnetaan myös nimellä matala verensokeri, johtaa glukagonin tuotantoon. Tämä hormoni tuotetaan haimassa ja nostaa verensokeria. Se estää pyruvaatikinaasin aktiivisuutta viimeisessä glykolyysivaiheessa estäen substraatin fosforylaation tapahtuvan.