fosforilazione

Reazione chimica tra l’acido fosforico e un altro composto, di norma organico, con eliminazione di una molecola di acqua (per ogni radicale dell’acido introdotto). Esistono varie forme di f. in rapporto alla natura del composto che viene fosforilato.

La f. ha assunto grande importanza biologica con la scoperta che molti processi (quali, per es., la contrattilità muscolare) sono legati a fenomeni di f. (e defosforilazione) delle proteine coinvolte e che molte sostanze nutritizie e anche certe vitamine non possono essere utilizzate dagli organismi se non sotto forma fosforilata; per es., il glucosio è trasformato in glucosio-6-fosfato per essere utilizzato e la vitamina B₁ diviene attiva dopo essere stata fosforilata a cocarbossilasi.

La f. è importante per i composti altamente energetici che si formano quando è accoppiata a ossidazioni biologiche ( f. ossidativa): l’energia liberata nella ossidazione dei grassi e dei glucidi viene immagazzinata e resa disponibile all’organismo mediante f. dell’ADP ad ATP. In particolare, la f. ossidativa è il processo del metabolismo cellulare in cui viene prodotta energia immagazzinata sotto forma di ATP, durante il trasferimento di elettroni dai nucleotidi piridinici ridotti (NADH) o dai nucleotidi flavinici ridotti (FADH₂) all’ossigeno molecolare, attraverso una serie di reazioni nelle quali sono coinvolti composti in grado di svolgere la funzione di trasportatori di elettroni. La f. ossidativa è una delle fonti principali di produzione di ATP per tutte le cellule eucariotiche con metabolismo aerobio: infatti, nella ossidazione completa in aerobiosi di una mole di glucosio a CO₂ e H₂O, 30 delle 36 moli di ATP prodotte vengono generate dalla f. ossidativa. Le molecole e i sistemi enzimatici di trasporto di elettroni, coinvolti nella f. ossidativa, sono situati sulla membrana interna dei mitocondri in una disposizione altamente ordinata, per cui i componenti si susseguono in funzione dell’aumento del proprio potenziale di ossidoriduzione (−320 mV il potenziale del NADH, +820 mV il potenziale dell’O₂, con una differenza totale di 1140 mV). In tal modo, si viene a creare una catena di trasporto degli elettroni (o catena respiratoria) nella quale ogni costituente è fisicamente posto tra il suo riducente (che lo precede) e il suo ossidante (che lo segue), permettendo un flusso di elettroni dal substrato (NADH o FADH₂) all’accettore finale degli elettroni stessi (O₂), flusso che è accompagnato da una diminuzione di energia libera pari a 52,6 kcal. L’ossidazione di una mole di NADH produce 3 moli di ATP, mentre quella del FADH₂ ne produce 2. In condizioni fisiologiche, l’ossidazione dei substrati e le reazioni di f. che portano alla formazione di ATP sono accoppiate; i protoni che si generano dall’ossidazione del NADH (o del FADH₂) si accumulano tra la matrice racchiusa dalla membrana mitocondriale interna e la matrice che si trova all’esterno di essa, creando una differenza di concentrazione di ioni H⁺ (e quindi un potenziale di membrana). La presenza di questo potenziale di membrana permette la sintesi dell’ATP a opera di un sistema enzimatico complesso denominato ATP sintetasi, che trasporta uno ione H⁺ nella matrice racchiusa dalla membrana mitocondriale interna per ogni molecola di ATP prodotta. Sembra quindi che il flusso di protoni generato dall’ossidazione dei substrati agisca da attivatore del sito catalitico dell’ATP sintetasi. Questo processo chemio-osmotico ha permesso di chiarire la relazione esistente fra trasporto degli elettroni e sintesi di ATP. Una conferma indiretta della giustezza di tale ipotesi è data dai cosiddetti agenti disaccoppianti della f. (per es., il 2,4-dinitrofenolo), i quali inducono la fuoriuscita dalla membrana mitocondriale interna degli ioni H⁺ prodotti dalla catena respiratoria, impedendo quindi la produzione di ATP. In loro presenza, l’energia libera rilasciata dal trasporto degli elettroni viene dispersa sotto forma di calore.

Il processo della f. fotosintetica avviene nel corso della fotosintesi clorofilliana nelle piante superiori e in alcuni organismi fotosintetici e serve a trasformare l’energia luminosa in energia chimica mediante formazione di ATP.

Le fosforilasi sono gli enzimi del gruppo delle transferasi che intervengono nei processi di f. e defosforilazione.

La glicogenofosforilasi catalizza la degradazione fosforolitica del glicogeno con produzione di glucosio-1-fosfato, costituendo l’enzima chiave della glicogenolisi.

La fosforilasi fosfatasi catalizza la defosforilazione della glicogenofosforilasi a (attiva) in glicogenofosforilasi b (inattiva); la fosforilasi chinasi catalizza la f. della glicogenofosforilasi b in glicogenofosforilasi a.