Fosforilasi substrat, juga disebut fosforilasi tingkat substrat, adalah proses biokimia di mana sel membuat adenosin trifosfat (ATP) dari adenosin difosfat (ADP). Proses ini terjadi di sitoplasma dan merupakan langkah penting dalam jalur metabolisme yang dikenal sebagai glikolisis. ATP adalah kofaktor, atau koenzim, yang berarti bahwa meskipun bukan protein itu sendiri, ATP adalah penting dalam mendorong reaksi, mentransfer energi, dan bertindak sebagai sumber bahan bakar untuk sel.
Untuk menghasilkan ATP melalui fosforilasi substrat, gugus fosfat anorganik harus ditransfer ke ADP dari molekul yang lebih energik. Gugus fosfat terdiri dari empat atom oksigen yang terikat pada atom fosfor pusat dan membawa muatan negatif. Enzim memediasi reaksi antara ADP dan senyawa fosfat. Produk reaksi adalah ATP dan senyawa lain yang terdiri dari hidrogen, oksigen, dan kadang-kadang fosfor. Mengambil reaksi secara keseluruhan, kita dapat memvisualisasikan ADP, dengan dua gugus fosfatnya, diubah menjadi ATP, molekul dengan tiga gugus fosfat, melalui penambahan satu gugus fosfat dari molekul lain.
Fosforilasi substrat terjadi dua kali selama glikolisis, jalur metabolisme multi-langkah penting untuk organisme hidup. Dalam glikolisis, gula glukosa diubah menjadi asam organik piruvat dan ATP. Proses ini merupakan inti dari metabolisme, memungkinkan organisme untuk mengubah gula yang mereka peroleh dari nutrisi menjadi energi.
Selama langkah fosforilasi substrat awal dalam glikolisis, gugus fosfat ditransfer ke ADP dari senyawa yang disebut 1,3-bisfosfogliserat. Kedua substrat, ADP dan 1,3-bisfosfogliserat, berikatan dengan enzim fosfogliserat kinase, yang mengkatalisis reaksi. ATP dan 3-fosfogliserat diproduksi.
Langkah terakhir dari glikolisis juga melibatkan fosforilasi substrat. Fosfoenolpiruvat, senyawa fosfat berenergi tinggi, mentransfer gugus fosfatnya ke ADP melalui enzim piruvat kinase. Produknya adalah ATP dan piruvat, molekul yang terdiri dari hidrogen dan oksigen.
Fosforilasi substrat diatur oleh faktor eksternal dan mungkin tidak selalu terjadi selama glikolisis. Ketika sebuah sel memiliki sejumlah besar ATP tetapi sedikit ADP, misalnya, reaksi mungkin tidak berjalan karena tidak ada cukup ADP untuk digunakan. Kehadiran ATP itu sendiri juga dapat menghambat enzim yang terlibat.
Hormon berperan dalam mengatur glikolisis juga. Kadar glukosa darah rendah, juga dikenal sebagai gula darah rendah, menghasilkan produksi glukagon. Hormon ini diproduksi di pankreas dan meningkatkan gula darah. Ini menghambat aktivitas piruvat kinase pada langkah glikolisis akhir, mencegah fosforilasi substrat terjadi.