Glikoliza przebiega w cytosolu bez udziału tlenu, końcowym produktem
glikolizy jest pirogronian. W warunkach tlenowych, pirogronian jest utleniany do acetylokoenzymu A przez wieloenzymatyczny kompleks, w warunkach
beztlenowych powstający w mięśniach pirogronian jest redukowany do mleczanu. Około 50% mleczanu transportowane jest do wątroby, gdzie w procesie opisanym w podrozdziale Glukoneogeneza jest on użyty do syntezy glukozy, która może ponownie być przetransportowana do mięśni poprzez krew (Cykl Corich).
Badania wykazały, że w metabolizmie glukozy można wyróżnić sześć typów
reakcji:
1. Fosforylacje przeniesienie reszty fosforanowej z ATP na cukier lub z
metabolitu na ADP, katalizowane przez kinazy;
2. Izomeryzacje aldozy do ketozy oraz ketozy do aldozy katalizowane przez
izomerazy;
3. Mutacje – przeniesienie reszty fosforanowej w obrębie tej samej cząsteczki z
jednego tlenu na inny, katalizowane przez mutazy;
4. Rozszczepienie wiązania kowalencyjnego węgiel-węgiel pomiędzy 3 a 4
węglem fruktozo-1,6-bisfosforanu katalizowane przez aldolazę, jak również
katalizowane przez ten sam enzym reakcje kondensacji aldehydu 3-
fosfoglicerynowego i fosfohydroksyacetonu;
5. Utlenianie aldehydu katalizowane przez dehydrogenazÄ™ przy udziale NAD;
6. Pozbawienie 2-fosfoglicerynianu czÄ…steczki wody katalizowane przez enolazÄ™;
Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych w
cytoplazmie:
Fosforyłacja glukozy -1 ATP
Fosforylacja fruktozo-6-P -1 ATP
Utlenienie aldehydu 3-P-glicerynowego +2 NADH
Fosforylacja substratowa (1,3-DPG⇒3-PG) +2 ATP
Fosforylacja substratowa (PEP⇒Pirogronian) +2ATP
Redukcja pirogronianu do mleczanu -2NADH
Netto (zysk) 2 ATP
Korzyści wynikające z glikolizy:
Produkowana jest energia (ATP) w części cytoplazmatycznej, a więc
tam, gdzie będzie zużywana przez mięśnie do pracy
Produkcja energii jest możliwa w warunkach niezadowalającego
zaopatrzenia mięśni w tlen (np. podczas intensywnego wysiłku)
FunkcjÄ™ zagospodarowania mleczanu przejmujÄ… inne tkanki (wÄ…troba
do produkcji glukozy, natomiast serce, inne grupy mięśniowe mniej
obciążone wysiłkiem oraz mózg – do produkcji energii)
Glukoneogeneza, proces w którym zachodzi synteza glukozy z prekursorów nie będących cukrami, ma duże znaczenie dla podtrzymania zawartości glukozy we krwi podczas głodowania lub intensywnego wysiłku fizycznego. Dla mózgu i erytrocytów glukoza z krwi jest prawie wyłącznym źródłem energii. Glukoneogeneza zachodzi głównie w wątrobie, a w mniejszym stopniu w nerkach. Większość enzymów glukoneogenezy znajduje się w cytozolu, natomiast karboksylaza pirogronianowa umiejscowiona jest w matriks mitochondrialnej, a glukozo-6 fosfataza związana jest z retikulum endoplazmatycznym gładkim.
Szlak:
Pirogronian jest przekształcany w szczawiooctan (przez karboksylazę pirogronianową). Szczawiooctan ulega dekarboksylacji i fosforylacji do fosfoenolopirogronianu (PEP). Z kolei PEP jest przekształcany do fruktozo-1,6-bifosforanu dzięki bezpośredniemu odwróceniu kilku reakcji glikolitycznych. Następnie fruktozo-1,6-bifosforan zostaje zdefosforylowany do fruktozo-6-bifosforanu (przez fruktozo-1,6-bifosfosfatazę), a dalej przekształcony w glukozo-6-fosforan (przez fosfoglukoizomerazę). W końcu z glukozo-6-fosforanu zdefosforylowanego przez glukozo-6-fosfatazę otrzymujemy glukozę. Synteza jednej cząsteczki glukozy z dwóch cząsteczek pirogronianu wymaga sześciu cząsteczek ATP.
Transport szczawiooctanu:
Szczawiooctan, produkt pierwszej reakcji glukoneogenezy, musi opuścić mitochondrium i przejść do cytozolu, w którym są zlokalizowane następne reakcje enzymatyczne. Ponieważ wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepszczalna dla szczawiooctanu, zostaje on przekształcony w jabłczan przez mitochondrialną dechydrogenazę jabłczanową. Jabłczan opuszcza mitochondrium i w cytozolu zostaje przekształcony w szczawiooctan przez cytoplazmatyczną dechydrogenaze jabłczanową.
Aktywacja karboksylazy pirogronianowej:
Szczawiooctan, produkt reakcji katalizowanej przez karboksylazę pirogronianową , funkcjonuje również jako ważny intermediat w utlenianiu acetylo-CoA, jak i jako prekursor glukoneogenezy. Aktywność karboksylazy pirogronianowej zależy od obecności acetylo-CoA, w związku z tym im wyższy jest poziom acetylo-CoA tym więcej powstaje szczawiooctanu.