Metabolismus sacharidů
1. Vznik sacharidů
Sacharidy jsou přírodní látky, které vznikají z glukosy vytvořené při procesu zvaném fotosyntéza. Živočichové a lidé přijímají sacharidy potravou. Organismus je schopen si jednotlivé sacharidy i syntetizovat z aminokyselin (z proteinů) či glycerolu (z lipidů).
2. Trávení sacharidů
Oligosacharidy a polysacharidy jsou při procesu trávení štěpeny na monosacharidové jednotky. Tento děj probíhá hydrolyticky (působením vody) v přítomnosti enzymů amylas, které jsou obsaženy ve slinách. Monosacharidy jsou schopny se vstřebávat střevní stěnou.
3. Glykolýza
Monosacharid glukosa se přeměňuje na molekuly kyseliny pyrohroznové (resp. jejího aniontu pyruvátu) při procesu zvaném glykolýza, která probíhá v cytoplasmě buněk za anaerobních podmínek (bez přístupu vzduchu) a to u všech živých organismů (od bakterií po člověka). Průběh glykolýzy je možné popsat jako sled následujících reakcí (číslovky v závorce poté uvádí odkaz na schéma celé glykolýzy níže):
(1) Fosfát z adenosintrifosfátu (ATP) se váže na molekulu D-glukosy, a tak vzniká D-glukosa-6-fosfát a adenosindifosfát (ADP).
(2) Další fosfát z adenosintrifosfátu (ATP) se váže na monosacharid a vzniká opět adenosindifosfát (ADP). Monosacharid glukosa se izomeruje na fruktosu (oba monosacharidy mají stejný molekulový vzorec). Produktem tohoto kroku je D-fruktosa-1,6-bisfosfát.
(3) Šestiuhlíkatý D-fruktosa-1,6-bisfosfát se rozpadá na dvě tříuhlíkaté triosy - dihydroxyacetonfosfát a D-glyceraldehyd-3-fosfát. Každá z těchto trios obsahuje 3 atomy uhlíku a 1 fosfát.
(4) Mezi dihydroxyacetonfosfátem a D-glyceraldehydfosfátem se ustavuje chemická rovnováha, která je posunuta ve prospěch druhého monosacharidu. Faktickým produktem rozpadu D-fruktosa-1,6-bisfosfátu (v kroku 3) jsou tedy 2 molekuly D-glyceraldehydfosfátu.
(5) Sledem reakcí dochází k přechodu oxidované formy nikotinamidadenindinukleotidu NAD+ na redukovanou NADH + H+ (odštěpí se atomy vodíku) a navázání 2 fosfátů k monosacharidům. Všechny4 fosfáty z obou trios se následně odštěpí, a tak se 4 molekuly adenosindifosfátu ADP převedou na 4 molekuly adenosintrifosfátu ATP. Produktem těchto reakcí jsou 2 molekuly kyseliny pyrohroznové.
(6) Pokud nemá organismus dostatečné množství kyslíku, dochází k anaerobnímu zpracování kyseliny pyrohroznové buď na kyselinu mléčnou (6a, probíhá u živočichů, mléčné kvašení), či oxid uhličitý a acetaldehyd, který se dále přeměňuje na ethanol (6b, probíhá u kvasinek, alkoholové kvašení). Tyto děje probíhají za současné oxidace nikotinamidadenindinukleotidu NADH na NAD+ (tento koenzym se regeneruje).
CH3CHO + NADH + H+ →CH3CH2OH + NAD+
(7) Jakmile organismus začne hospodařit s dostatkem kyslíku, přemění se kyselina pyrohroznová na oxid uhličitý a acetylkoenzym A. Tento děj je doprovázen přechodem oxidované formy nikotinamidadenindinukleotidu NAD+ na redukovanou NADH.
Čistým výtěžkem glykolýzy 1 molekuly glukosy jsou 2 molekuly adenosintrifosfátu ATP a 2 molekuly kyseliny pyrohroznové. Ta se dále přeměňuje na acetylkoenzym A, jež dále vstupuje do Krebsova (citrátového) cyklu (společné metabolické dráhy sacharidů, lipidů a proteinů), který je přímo spojen s dýchacím řetězcem. Dále jsou získány 2 molekuly redukovaného koenzymu nikotinamidadenindinukleotid NADH.