fosforilação em nível de substrato

**Definição:** O ATP (ou GTP) é sintetizado pela transferência enzimática de um grupo fosforil de um intermediário fosforilado de alta energia diretamente para o ADP (ou GDP). É independente do gradiente de prótons, da ATP sintase (complexo V) e do oxigênio. Contrasta com a fosforilação oxidativa, que usa a cadeia transportadora de elétrons para gerar uma força próton-motriz que aciona a ATP sintase.

**Principais reações (alto rendimento):** 1. **Glicólise, fosfoglicerato quinase (PGK):** 1,3-bisfosfoglicerato + ADP -> 3-fosfoglicerato + ATP. Ocorre duas vezes por glicose. 2. **Glicólise, piruvato quinase:** fosfoenolpiruvato (PEP) + ADP -> piruvato + ATP. Ocorre duas vezes por glicose. O PEP tem potencial de transferência de fosforil muito alto. A piruvato quinase é ativada pela frutose-1,6-bisfosfato (feed-forward) e inibida por ATP, alanina e glucagon (via fosforilação, no fígado). 3. **Ciclo do TCA, succinil-CoA sintetase (succinato tioquinase):** succinil-CoA + GDP + Pi -> succinato + CoA + GTP. Ocorre uma vez por acetil-CoA. O GTP é convertido em ATP pela nucleosídeo difosfato quinase. Alguns tecidos (p. ex., fígado, rim) produzem principalmente GTP, e outros (p. ex., coração, músculo esquelético) produzem principalmente ATP. 4. **Creatina quinase / fosfocreatina:** fosfocreatina + ADP -> creatina + ATP. Às vezes é agrupada aqui como transferência de fosforil baseada em fosfagênio no músculo e no cérebro. A adenilato quinase (2 ADP -> ATP + AMP) é semelhante.

**Rendimento líquido:** A glicólise rende um saldo de 2 ATP por glicose por fosforilação em nível de substrato (4 produzidos menos 2 consumidos pela hexoquinase e pela PFK-1). O ciclo do TCA rende 2 GTP/ATP por glicose (1 por acetil-CoA).

**Importância clínica:** - **As hemácias** não têm mitocôndrias e dependem inteiramente da glicólise anaeróbica, de modo que a fosforilação em nível de substrato é sua única fonte de ATP. A deficiência de piruvato quinase causa redução de ATP, hemácias rígidas e anemia hemolítica extravascular (autossômica recessiva; equinócitos/"células em crista" [burr cells]; 2,3-BPG aumentado, que desloca a curva de O2 para a direita). A deficiência de PGK é ligada ao X e causa hemólise, miopatia e achados neurológicos. - **Hipóxia/isquemia:** As células passam para a glicólise anaeróbica, de modo que a fosforilação em nível de substrato continua enquanto a cadeia transportadora de elétrons falha. O piruvato é reduzido a lactato para regenerar NAD+ e manter a glicólise em funcionamento, o que causa acidose láctica. - **Intoxicação por arsenato:** O arsenato substitui o fosfato inorgânico na etapa da gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase. Isso forma o 1-arseno-3-fosfoglicerato, instável, que sofre hidrólise espontânea, de modo que a etapa da PGK é contornada. A glicólise prossegue, mas sem ganho líquido de ATP, o que desacopla a fosforilação em nível de substrato. - **Anaeróbios rápidos/obrigatórios:** Organismos como *Clostridium* e células como as hemácias e as do cristalino, da córnea e da medula renal dependem muito da fosforilação em nível de substrato. - O **arsenito** (não o arsenato) inibe enzimas que contêm ácido lipoico (piruvato desidrogenase, alfa-cetoglutarato desidrogenase), o que reduz o fluxo do ciclo do TCA e, assim, a fosforilação em nível de substrato pela succinil-CoA sintetase.

**Pontos-chave para as provas:** - A fosforilação em nível de substrato é rápida, mas de baixo rendimento, e a fosforilação oxidativa é mais lenta, mas de alto rendimento (cerca de 26-28 dos 30-32 ATP por glicose). - Não é inibida por cianeto, CO, oligomicina nem desacopladores (p. ex., 2,4-DNP), porque não usa a cadeia transportadora de elétrons nem a ATP sintase. No entanto, como a reoxidação do NADH depende da cadeia transportadora de elétrons (ou da fermentação láctica), a inibição prolongada da cadeia transportadora de elétrons interrompe o ciclo do TCA e, por fim, o limita. - A energia da transferência de fosforil vem da energia livre de hidrólise muito negativa do doador (o PEP, o 1,3-BPG e o tioéster succinil-CoA superam o ΔG de hidrólise do ATP).