Podstawy fosforylacji

Definicja fosforylacji

Fosforylacja to dodanie grupy fosforylowej (PO₃) do cząsteczki. W układach biologicznych reakcja ta jest niezbędna do komórkowego magazynowania i transferu wolnej energii przy użyciu cząsteczek nośników energii. Adenozyno-5'-trifosforan (ATP), najobficiej występująca cząsteczka nośnika energii, ma dwa wysokoenergetyczne wiązania fosforanowo-fosforanowe, które mogą zostać zerwane w celu uwolnienia wolnej energii, gdy komórka potrzebuje jej do zasilania różnych procesów komórkowych. Podobnie, nadmiar wolnej energii może być wykorzystany do zasilania syntezy ATP poprzez fosforylację adenozyno-5'-difosforanu (ADP), skutecznie przechowując ją jako energię chemiczną do późniejszego wykorzystania. Konwersja ADP do ATP może zachodzić poprzez dwa rodzaje fosforylacji: fosforylację oksydacyjną i fosforylację na poziomie substratu. Podstawowa różnica między tymi dwoma procesami polega na źródle wolnej energii wykorzystywanej do napędzania fosforylacji.

Co to jest fosforylacja oksydacyjna?

Podczas fosforylacji oksydacyjnej energia uwalniana podczas utleniania składników odżywczych przez enzymy jest wykorzystywana do napędzania wymagających energii reakcji fosforylacji (tj. utlenianie i fosforylacja są ze sobą sprzężone). Energia jest przechwytywana, gdy elektrony są przenoszone z dawców elektronów do akceptorów elektronów, takich jak tlen, w serii reakcji redukcji i utleniania (redoks). Energia ta jest ostatecznie wykorzystywana do zasilania enzymu syntetyzującego ATP zwanego syntazą ATP w procesie zwanym transportem elektronów. Fosforylacja oksydacyjna jest wysoce wydajna, ale zachodzi tylko w warunkach tlenowych.

Co to jest fosforylacja na poziomie substratów?

W przeciwieństwie do fosforylacji oksydacyjnej, fosforylacja na poziomie substratu nie łączy fosforylacji z utlenianiem; wolna energia wymagana do fosforylacji jest raczej dostarczana przez energię chemiczną uwalnianą, gdy substrat o wyższej energii jest przekształcany w produkt o niższej energii. Fosforylacja na poziomie substratów zachodzi w cytoplazmie komórek (glikoliza) oraz w mitochondriach (cykl Krebsa). Może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych i zapewnia szybsze, ale mniej wydajne źródło ATP w porównaniu do fosforylacji oksydacyjnej.

Schemat przedstawiający cykl ATP-ADP w fosforylacji na poziomie substratów.

Fosforylacja w oddychaniu tlenowym

Na poniższym schemacie przedstawiono fosforylację oksydacyjną i fosforylację na poziomie substratów w oddychaniu tlenowym.

Ilustracja przedstawia fosforylację oksydacyjną i fosforylację na poziomie substratów w oddychaniu tlenowym.