20.8. Az ATP-keletkezés szubsztrát-szintű foszforilálással

Mint említettük, az ATP ADP-t eredményező hidrolízisét kísérő negatív szabadentalpia változás nagy abszolút értékű, vagyis az ATP foszforilációs potenciálja magas.

Ugyanakkor a sejtben vannak olyan egyéb foszforilált vegyületek is, amelyek hidrolízisét még nagyobb (negatív) szabadentalpia változás kíséri, ezeknek a vegyületeknek a foszforilációs potenciálja tehát az ATP-énél is magasabb (lásd 20.14. ábra).

Ebből következően ezek a vegyületek képesek ADP-nek foszforilcsoportot átadni. Az ATP részben ilyen utakon keresztül keletkezik ADP-ből. Ezt az ATP-keletkezési módot szubsztrát szintű foszforilációnak nevezzük.

Jó példa erre a foszfoenol-piroszőlősav (PEP) átalakulása piroszőlősavvá (lásd 20.14. ábra).

20.14. ábra: A foszfoenol-piroszőlősav az ATP-nél is nagyobb foszforilációs potenciállal rendelkezik

20.14. ábra: A foszfoenol-piroszőlősav az ATP-nél is nagyobb foszforilációs potenciállal rendelkezik

A PEP szerkezetében a foszforilcsoport jelenléte egy egyébként instabil, nagyenergiájú enol formába fagyasztja a molekula elektronszerkezetét. A foszforilcsoport átadását követően kialakulhat a keto forma stabilabb elektronszerkezete. Ez magyarázza, hogy a foszforilcsoport átadása miért jár nagy negatív szabadentalpia változással.

A PEP hidrolízisét az ATP hidrolízisénél nagyobb abszolút értékű, negatív szabadentalpia változás kíséri. A PEP foszforilációs potenciálja tehát meghaladja az ATP-ét. Azonos koncentrációk esetén a PEP képes átadni foszforilcsoportot az ADP-nek (lásd 20.15. ábra).

A kreatin az izom (és agy) könnyen mobilizálható energiaraktározó vegyülete foszfokreatin (kreatin-foszfát) formájába. Csekély igénybevétel, illetve nyugalmi állapot esetén az izomsejt ATP szintje magas, és ekkor a kreatin + ATP ↔ foszfokreatin + ADP reakció egyensúlya jobbra tolódik. Tehát ilyenkor a glükóz teljes oxidációjának eredményeként folyamatosan termelődő ATP hatására feltöltődik a foszfokreatin raktár. Amikor az igénybevétel miatt az ATP szint csökken, ez a raktár biztosítja egy ideig az ATP szintjét.

Mind az 1,3-biszfoszfoglicerinsav, mind a kreatinfoszfát esetében az magyarázza a magas foszforilációs potenciált, hogy a foszforilcsoport átadása által egy-egy funkciós csoport elektronszerkezete delokalizálódik, alacsonyabb energiaszintűvé válik.

20.15. ábra: A foszforilációs potenciálok különbsége megszabja a foszforil-transzfer irányát

20.15. ábra: A foszforilációs potenciálok különbsége megszabja a foszforil-transzfer irányát