Glikoliza
1 Fosforylacja glukozy przez ATP i powstanie glukozo-6-fosforanu - reakcja katalizowana przez heksokinazę.
2 Przekształcenie glukozo-6-fosforanu we fruktozo-6-fosforan przy pomocy izomerazy glukozofosforanowej
3 Fosforylacja fruktozo-6-fosforanu przez ATP i, przy pomocy enzymu fosfofruktokinazy (PKF), powstanie fruktozo-1,6-bisfosforanu oraz ADP.
4 Rozszczepienie przez aldolazę fruktozo-1,6-bisfosforanu na aldehyd 3-fosfoglicerynowy oraz fosfodihydroksyaceton.
5 Przekształcenie fosfodihydroksyacetonu w aldehyd 3-fosfoglicerynowy przez izomerazę triozofosforanową.
6 Przekształcenie aldehydu 3-fosfoglicerynowego w 1,3-bisfosfoglicerynian (1,3-BPG) z użyciem fosforanu nieorganicznego, NAD+ i enzymu dehydrogenazy aldehydu 3-fosfoglicerynowego.
7 Przeniesienie grupy fosforanowej z 1,3-BPG do ADP i utworzenie ATP oraz 3-fosfoglicerynianu - reakcja katalizowana przez kinazę fosfoglicerynianową.
8 Przekształcenie 3-fosfoglicerynianu w 2-fosfoglicerynian przez fosfogliceromutazę.
9 Odwodnienie 2-fosfoglicerynianu i powstanie fosfoenolopirogronianu (PEP) - reakcja katalizowana przez enolazę.
10 Przeniesienie grupy fosforanowej z PEP na ADP i powstanie ATP oraz pirogronianu - rekacja katalizowana przez kinazę pirogronianową
W efekcie zachodzenia szlaku glikolitycznego jedna cząsteczka glukozy przekształcana jest do dwóch cząsteczek pirogronianu, zużywane są dwie cząsteczki ATP, a powstają cząsteczka NADH oraz 4 cząsteczki ATP. Powstające w procesie glikolizy ATP jest efektem przenoszenia reszty fosforanowej z substratu na ADP przez odpowiednie enzymy i nosi nazwę fosforylacji substratowej.
Cykl Krebsa
Pomostem łączącym glikolizę z cyklem kwasu cytrynowgo jest zachodząca także w matriks mitochondrium oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu :
pirogronian + CoA + NAD+ → acetylo-CoA + CO2 + NADH.
Reakcja ta katalizowana jest przez kompleks dehydrogenazy pirogronianowej.
Dalsze etapy cyklu kwasu cytrynowego są następujące:
1. Wytwarzanie cytrynianu z 4-węglowego dwukarboksylowego szczawiooctanu i acetylo-CoA. Reakcja ta katalizowana jest przez syntazę cytrynianową.
2. Cytrynian jest izomeryzowany do izocytrynianu przez akonitazę (hydrataza akonitowa).
3. Utlenianie izocytrynianu do α-ketoglutaranu katalizowane przez dehydrogenazę izocytrynianową. Reakcja ta wymaga NAD+.
4. Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu do bursztynylo-CoA katalizowana przez kompleks dehydrogenazy α-ketoglutaranowej. Reakcja ta wymaga NAD+, jako kofaktora. 5. Przekształcenie bursztynylo-CoA w bursztynian katalizowane przez syntetazę bursztynylo-CoA. Reakcja ta wymaga fosforanu nieorganicznego i GDP lub ATP. 6. Utlenianie bursztynianu do fumaranu katalizowane przez dehydrogenazę bursztynianową. W reakcji tej uczestniczy FAD.
7. Uwodnienie fumaranu do jabłczanu katalizowane przez fumarazę.
8. Utlenienie jabłczanu do szczawiooctanu katalizowane przez dehydrogenazę jabłczanową. Reakcja ta wymaga NAD+, jako kofaktora.
Sumaryczne równanie cyklu kwasu cytrynowego jest następujące:
acetylo-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA.
Łańcuch oddechowy
Utworzone m.in. podczas glikolizy czy cyklu kwasu cytrynowego NADH i FADH2 są bogate energetycznie, ponieważ zawierają pary elektronów o wysokim potencjale przenoszenia. Energia swobodna uwalniana w znacznej ilości podczas przenoszenia tych elektronów na tlen cząsteczkowy jest wykorzystywana do syntezy ATP. Elektrony są przenoszone z NADH do O2 z udziałem trzech wielkich kompleksów białkowych:
- reduktazy NADH-Q (ubichinon)
- reduktazy cytochromowej
- oksydazy cytochromowej.
Grupami przenoszącymi elektrony są: flawiny, centra żelazo-siarkowe, hemy i jony miedzi. Elektrony czy wodory przepływają przez łańcuch oddechowy od składników bardziej elektroujemnych do bardziej elektrododatniego tlenu. Elektrony przenoszone są z reduktazy NADH-Q do drugiego kompleksu łańcucha - reduktazy cytochromowej, przez zredukowaną formę ubichinonu (Q), który szybko dyfunduje w błonie mitochondrialnej. Ubichinon także przenosi elektrony z FADH2 (wytworzonego w cyklu kwasu cytrynowego) do reduktazy cytochromowej. Cytochrom c natomiast przerzuca elektrony z reduktazy cytochromowej na oksydazę cytochromową, będącą końcowym elementem łańcucha oddechowego. Zasadnicze składniki łańcucha oddechowego oraz transport elektronów.
Glukoneogeneza
Karboksylaza pirogronianowa w obecności ATP, jednej z witamin B - biotyny i CO2 przekształca pirogronian w szczawiooctan
2. Szczawiooctan zostaje poddany działaniu karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, która równocześnie dekarboksyluje i fosforyluje go tworząc fosfoenolopirogronian (PEP) i zostaje uwolniony CO2. W reakcji tej jest niezbędny bogatoenergetyczny fosforan w postaci GTP
3. PEP jest przekształcany w fruktozo-1-6-bisfosforan z udziałem enolazy, fosfogliceromutazy, fosfoglicerokinazy, dehydrogenazy aldehydu 3-fosfoglicerynowego, izomerazy trifosforanowej i aldolazy
4. Fruktozo-1-6-bisfosforan jest defosforylowany przez enzym fruktozo-1-6-bisfosfatazę i powstaje fruktozo-6-fosforan
5. Fruktozo-6-fosforan jest przekształcany w glukozo-6-fosforan z udziałem izomerazy glukozofosforanowej
6. Glukozo-6-fosforan zostaje przekształcony w glukozę przez glukozo-6-fosfatazę.
Szlak pentozofosforanowy ma trzy etapy:
1. Reakcje utleniania przekształcające glukozo-6-fosforan w rybulozo-5-fosforan z wytworzeniem dwóch cząsteczek NADPH. Glukozo-6-fosforan jest utleniany przez dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową do 6-fosfoglukono-δ-laktonu (ester wewnętrzny między grupą karboksylową przy atomie węgla w pozycji 1, a grupą hydroksylową przy atomie węgla w pozycji 5). Podczas tej reakcji dochodzi do wytworzenia NADPH. Następnie 6-fosfoglukono-δ-lakton jest hydrolizowany przez laktonazę do 6-fosfoglukonianu, który dalej w obecności dehydrogenazy 6-fosfoglukonianowej jest przekształcany w rybulozo-5-fosforan. Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę 6-fosfoglukonianową jest dekarboksylacją oksydacyjną. Ponadto reakcja katalizowana przez dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową jest nieodwracalna, a enzym ten jest regulowany przez NADP+. Kiedy komórka zużywa NADPH, to zwiększające się stężenie NADP+ stymuluje dehydrogenazę glukozo-6-fosforanową, wskutek czego działanie szlaku i regeneracja NADPH przebiegają szybciej.
2. Izomeryzacja rybulozo-5-fosforanu do rybozo-5-fosforanu z udziałem izomerazy pentozofosforanowej (rybozofosforanowej).
3. Powiązanie szlaku pentozofosforanowego z glikolizą działaniem transketolazy i transaldolazy. Enzymy te katalizują trzy reakcje odwracalne. W rezultacie w przebiegu tych reakcji z trzech pentoz powstają dwie heksozy i jedna trioza. Transketolazy przenoszą jednostki dwuwęglowe, a transaldolazy - trójwęglowe. Cukrem dostarczającym fragmentów dwu- lub trójwęglowych jest zawsze ketoza, natomiast akceptorem zawsze aldoza. Pierwszą z trzech reakcji łączących szlak pentozofosforanowy z glikolizą jest powstawanie z dwóch pentoz aldehydu 3-fosfoglicerynowego i sedoheptulozo-7-fosforanu. Donorem fragmentu dwuwęglowego w tej reakcji jest ksylulozo-5-fosforan (powstały po przekształceniu rybulozo-5-fosforanu z udziałem epimerazy pentozofosforanowej). Następnie aldehyd 3-fosfoglicerynowy i sedoheptulozo-7-fosforan reagują, tworząc fruktozo-6-fosforan i erytrozo-4-fosforan. Reakcję tę katalizuje transaldolaza. W trzeciej reakcji odbywa się synteza fruktozo-6-fosforanu i aldehydu 3-fosfoglicerynowego z erytrozo-4-fosforanu i ksylulozo-5-fosforanu z udziałem transaldolazy. Po zsumowaniu wszystkich trzech reakcji otrzymujemy:
2 ksylulozo-5-fosforan + rybozo-5-fosforan → 2 fruktozo-6-fosforan +
← + aldehyd 3-fosfoglicerynowy.
Cykl glioksalowy
to cykl przemian metabolicznych, który przebiega w komórkach roślin i niektórych mikroorganizmów.
U roślin jest on zlokalizowany w specjalnych organellach komórkowych - glioksysomach. Nieprzypadkowo, przebiega w nich również proces beta-oksydacji (rozbijania) kwasów tłuszczowych, gdyż ostateczny produkt tego procesu - acetylokoenzym A, jest jednocześnie substratem cyklu glioksalowego.
Cykl glioksalowy składa się z 6 etapów, katalizowanych przez 5 odrębnych enzymów (dwa etapy katalizuje ten sam enzym).
Podstawowym zadaniem tego cyklu jest przeprowadzenie 2 cząsteczek acetylokoenzymu A (acetylo-CoA) w jedną cząsteczkę bursztynianu.
Sumaryczny wzór cyklu glioksalowego to:
2 acetylo-CoA + NAD+ → 2 koenzym-A + NADH + H+ + bursztynian
Wyprodukowany w cyklu glioksalowym bursztynian może ulec dalszym przemianom do jabłczanu i szczawiooctanu, a ten ostatni może włączyć się w proces glukoneogenezy - czyli syntezy monocukrów. Zatem, dzięki cyklowi glioksalowemu możliwa jest synteza cukrów z tłuszczów.
Zwierzęta (w tym człowiek) nie mają tego cyklu, więc nie potrafią przeprowadzić np. zmagazynowanej tkanki tłuszczowej w cukry (jedynie odwrotnie: cukry w tłuszcze). Tłuszcz mogą jedynie "spalić".
Szczególne znaczenie ma cykl glioksalowy u roślin oleistych. Gromadzą one tłuszcze w nasionach jako materiał zapasowy dla zarodka. Kiedy nasiono kiełkuje, tłuszcze służą nie tylko jako źródło energii, ale także jako substrat do przemiany w niezbędne do życia cukry.