糖酵解在整体代谢网络中处于核心位置,通过底物、产物和中间物与其它代谢途径相联系。糖酵解的第一个中间代谢物6-磷酸葡萄糖就是一个重要的节点分子,连接着磷酸戊糖途径和糖原代谢,是三大代谢中间物之一。
葡糖糖-6-磷酸和丙酮酸连接多条代谢途其它代谢中间物如3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮等也都与其它途径相连。单糖的降解一般都是转化为酵解中间物,然后进入酵解过程。比如甘露糖可以被己糖激酶催化生成6-磷酸甘露糖,然后由磷酸甘露糖异构酶催化生成6-磷酸果糖,进入酵解。
脂肪组织中的果糖被己糖激酶催化形成6-磷酸果糖而进入酵解。而肝脏中的果糖先由果糖激酶催化生成1-磷酸果糖,再被1-磷酸果糖醛缩酶裂解生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮进入酵解。
糖酵解的终产物是丙酮酸和NADH,二者可以继续氧化放出能量,也可以有其它去向。
NADH是还原辅酶,必须重新氧化成NAD+才能参与下一个甘油醛-3-磷酸的氧化。还原辅酶的再生可以采用不同的电子受体(氧化剂)。如果把NADH运载的电子传递到氧,可以放出大量能量,从能源角度来看是最佳选择。不过这个氧化过程很容易产生有害的中间物,必需谨慎处理。需氧生物的一般做法是把这个危险的工作交给具有双层膜的线粒体。
NADH不能自由进入线粒体,只能通过专门的穿梭系统“携带”进去。简单地说,就是先在细胞质中还原某个小分子,还原产物进入线粒体后再氧化,生成还原辅酶。氧化产物则回到细胞质,携带下一个还原当量。
苹果酸穿梭系统,引自百度图片在肝脏和心肌等组织中起作用的是苹果酸穿梭系统,细胞质中的NADH在苹果酸脱氢酶作用下还原草酰乙酸,生成苹果酸,进入线粒体后再氧化生成草酰乙酸。不过草酰乙酸不能通过线粒体膜,必需经谷草转氨酶催化生成天冬氨酸和α-酮戊二酸才能返回细胞质。这样1分子葡萄糖可以产生7个ATP。
在骨骼肌和脑组织中是甘油磷酸穿梭系统,在细胞质中NADH由3-磷酸甘油脱氢酶催化,将磷酸二羟丙酮还原生成3-磷酸甘油,进入线粒体后再氧化生成磷酸二羟丙酮,返回细胞质。但是线粒体中磷酸甘油脱氢酶的辅酶是FAD,所以NADH穿梭后变成了FADH2,只产生1.5个ATP。这样1分子葡萄糖就只有5个ATP。
甘油磷酸穿梭系统,引自百度百科NADH穿梭进入线粒体,通过氧化磷酸化再生可以放出大量能量,但速度比较慢,所以急需酵解提供能量时就在细胞质中用有机物作电子受体(发酵)。人体中用NADH还原丙酮酸,即乳酸发酵;酵母菌则采用乙醇发酵,等等。乳酸发酵时1分子葡萄糖就只产生底物水平磷酸化的2个ATP。
乳酸发酵看起来非常浪费,但它一方面可以迅速提供能量,另一方面那些能量也并不是完全浪费。骨骼肌产生的大量乳酸会通过血液运输到肝脏,在肝脏氧化生成丙酮酸,再通过糖的异生转变为葡萄糖,然后运回骨骼肌循环利用,称为乳酸循环或科里循环(Coricycle)。
科里循环,引自百度图片丙酮酸是三大代谢中间物之一,有多种去向。如果机体缺乏氨基酸,丙酮酸可以用来合成丙氨酸等。如果机体需要能量,丙酮酸就进入线粒体,经丙酮酸脱氢酶复合体氧化脱酸,生成乙酰辅酶A。这是一个单向过程,一旦脱酸,就不可逆转。
在动物体内,三碳与六碳没有本质区别,但三碳与二碳片段却有本质不同。二碳片段只能用于合成脂类,却不能生成糖类或氨基酸。植物和微生物具有乙醛酸循环,可以用乙酰辅酶A合成糖类,所以植物可以在种子中储存大量油脂,在发芽时转化为糖或氨基酸。而人类,只能减肥。