Fosforilacija substrata, imenovana tudi fosforilacija na ravni substrata, je biokemični proces, s katerim celice tvorijo adenozin trifosfat (ATP) iz adenozin difosfata (ADP). Ta proces se pojavi v citoplazmi in je pomemben korak v presnovni poti, znani kot glikoliza. ATP je kofaktor ali koencim, kar pomeni, da čeprav ni sama beljakovina, je bistvenega pomena pri spodbujanju reakcij, prenosu energije in delovanju kot vir goriva za celico.
Za proizvodnjo ATP s fosforilacijo substrata je treba anorgansko fosfatno skupino prenesti na ADP iz bolj energične molekule. Fosfatna skupina je sestavljena iz štirih atomov kisika, vezanih na osrednji fosforjev atom in nosi negativni naboj. Encim posreduje reakcijo med ADP in fosfatno spojino. Produkti reakcije so ATP in druga spojina, sestavljena iz vodika, kisika in včasih fosforja. Če vzamemo reakcijo kot celoto, lahko vizualiziramo, da se ADP z dvema fosfatnima skupinama pretvori v ATP, molekulo s tremi fosfatnimi skupinami, z dodajanjem ene fosfatne skupine iz druge molekule.
Fosforilacija substrata se zgodi dvakrat med glikolizo, večstopenjsko presnovno potjo, ki je bistvena za žive organizme. Pri glikolizi se sladkorna glukoza pretvori v piruvat organske kisline in ATP. Ta proces je v jedru presnove in omogoča organizmom, da sladkor, ki ga pridobijo iz hranil, pretvorijo v energijo.
Med zgodnjim korakom fosforilacije substrata v glikolizi se fosfatna skupina prenese na ADP iz spojine, imenovane 1,3-bisfosfoglicerat. Dva substrata, ADP in 1,3-bisfosfoglicerat, se vežeta na encim fosfoglicerat kinazo, ki katalizira reakcijo. Proizvajata se ATP in 3-fosfoglicerat.
Zadnji korak glikolize vključuje tudi fosforilacijo substrata. Fosfoenolpiruvat, visokoenergijska fosfatna spojina, prenaša svojo fosfatno skupino na ADP prek encima piruvat kinaze. Produkta sta ATP in piruvat, molekula, sestavljena iz vodika in kisika.
Fosforilacijo substrata uravnavajo zunanji dejavniki in se morda ne zgodi vedno med glikolizo. Ko ima celica na primer veliko količino ATP, a malo ADP, se reakcija morda ne bo nadaljevala, ker ni dovolj ADP za uporabo. Prisotnost samega ATP lahko zavira tudi vključene encime.
Hormoni igrajo tudi vlogo pri uravnavanju glikolize. Nizka raven glukoze v krvi, znana tudi kot nizek krvni sladkor, povzroči proizvodnjo glukagona. Ta hormon se proizvaja v trebušni slinavki in zvišuje krvni sladkor. Zavira aktivnost piruvat kinaze v zadnji stopnji glikolize in preprečuje fosforilacijo substrata.