定義
基質レベルのリン酸化は、代謝中間体に保持された高いリン酸基転移ポテンシャルを利用して、酵素がADPまたはGDPへ直接リン酸基を移すATP・GTP合成機構である。解糖系とクエン酸回路の一部で起こり、酸素やプロトン勾配を直接必要としない。
イメージ
高い場所にあるリン酸基を、酵素が一段低いADPへ手渡すことでATPを作るイメージである。発電所である電子伝達系を回さず、その場にある高エネルギー中間体から直接「充電」する。
仕組み
解糖系では1,3-ビスホスホグリセリン酸からホスホグリセリン酸キナーゼを介してATPが生じ、ホスホエノールピルビン酸からピルビン酸キナーゼを介してATPが生じる。クエン酸回路ではスクシニルCoAシンテターゼがスクシニルCoAのチオエステルエネルギーを使い、GTPまたはATPを生成する。反応が進むのは供与体の加水分解自由エネルギーがATPより大きいためである。嫌気条件でも解糖系の基質レベルリン酸化は可能だが、NAD⁺再生がなければ解糖自体が停止する。
例
赤血球はミトコンドリアを持たないため、ATP産生を解糖系の基質レベルリン酸化に依存する。虚血組織でも短時間は同機構でATPが補われるが、効率は酸化的リン酸化より低い。