Giải phóng năng lượng từ Glucose theo con đường Pentose Phosphate

Ở hầu hết các cơ của cơ thể, về cơ bản các carbohydrat được sử dụng để cung cấp năng lượng đều thoái hóa thành pyruvic acid qua quá trình đường phân và sau đó là được oxy hóa. Mặc dù vậy, đường phân không phải là cách duy nhất để glucose có thể thoái hóa và sử dụng để cung cấp năng lượng. Cơ chế quan trọng thứ hai trong việc thoái triển và oxy hóa glucose được gọi là con đường pentose phosphate (hoặc con đường phosphogluconate), chịu trách nhiệm cho việc thoái hóa khoảng 30% glucose trong gan và còn nhiều hơn ở trong các tế bào mỡ.

Con đường này có tầm quan trọng đặc biệt vì nó có thể cung cấp năng lượng một cách độc lập với tất cả các enzym của chu trình citric acid và do đó là con đường thay thế cho chuyển hóa năng lượng khi có bất thường của enzym xảy ra trong tế bào. Nó có khả năng đặc biệt trong việc cung cấp năng lượng cho các quá trình tổng hợp diễn ra trong tế bào.

Sự giải phóng CO2 và Hydro trong con đường Pentose Phosphate

Những phản ứng hóa học cơ bản của con đường pentose phosphate. Nó cho thấy rằng glucose, trong nhiều giai đoạn chuyển hóa, có thể giải phóng một phân tử CO2 và bốn nguyên tử hydro, với kết quả là sự tạo thành một đường 5-carbon, D-ribulose. Chất này có thể thay đổi thành nhiều loại đường 5-, 4-, 7- và 3-carbon khác. Cuối cùng, sự kết hợp khác nhau của các loại đường này có thể tái tổng hợp lại glucose. Mặc dù vậy, chỉ có 5 phân tử glucose được tái tổng hợp lại từ sáu phân tử glucose ban đầu tham gia vào phản ứng. Như vậy con đường pentose phosphate là một chu trình tại đó mỗi phân tử glucose sẽ được chuyển hóa trong một chu kỳ. Do đó, bằng cách lặp lại chu trình hết lần này đến lần khác, tất cả glucose cuối cùng cũng trở thành CO2 và hydro, và hydro có thể tham gia vào quá trình phosphoryl- oxy hóa để tổng hợp ATP; mặc dù vậy thường thì nó được sử dụng để tổng hợp chất béo hoặc nhiều chất khác.

Hình. Con đường pentose phosphate để chuyển hóa glucose.

Sử dụng hydro để tổng hợp chất béo; chức năng của Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate

Hydro được giải phóng trong chu trình pentose phosphate không được gắn với NAD+ như trong con đường đường phân nhưng được gắn với nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP+), cũng giống như NAD+ ngoại trừ việc có thêm một gốc phosphate, P. Sự khác biệt này có ý nghĩa cực kỳ quan trọng vì chỉ có hydro liên kết với NADP+ thành NADPH là có thể sử dụng để tổng hợp chất béo từ carbohydrates và tổng hợp một số chất khác.

Khi con đường đường phân sử dụng glucose bắt đầu bị chậm lại vì hạn chế hoạt động tế bào, con đường pentose phosphate vẫn hoạt động (chủ yếu ở trong gan) để thoái hóa lượng glucose dư thừa mà vẫn tiếp tục được vận chuyển vào bên trong tế bào, và NADPH trở nên dồi dào để giúp chuyển acetyl-CoA bắt nguồn glucose, trở thành các chuỗi acid béo dài. Đây là một cách khác trong đó năng lượng từ phân tử glucose được sử dụng vào mục đích khác không phải là tổng hợp ATP - trong trường hợp này là tổng hợp và dự trữ chất béo trong cơ thể.

Sự chuyển đổi glucose thành glycogen hoặc chất béo

Khi không cần thiết giải phóng năng lượng từ glucose, lượng glucose thừa tiếp tục vào trong tế bào để dự trữ dưới dạng glycogen hoặc chuyển thành chất béo. Glucose được dự trữ dưới dạng glycogen đến khả năng tối đa của tế bào - một số lượng đủ để cung cấp năng lượng cần thiết cho cơ thể từ 12 đến 24 giờ.

Khi các tế bào dự trữ glycogen (chủ yếu là tế bào gan và tế bào cơ) đã bão hòa glycogen, lượng glucose được bổ sung sẽ chuyển thành chất béo ở trong gan và tế bào mỡ đồng thời được dự trữ như chất béo ở trong tế bào mỡ.