Carbohydrate dễ dàng chuyển thành lipid thông qua hai hợp chất trung gian là dihydroxyacetonphosphate và acetyl-CoA
dihydroxyacetonphosphate → glycerolphosphate carbohydrate→ glucose
Glyceraldehydphosphate→ acetyl-CoA →acid béo - Glycerine hoặc glyceraldehydphosphate có thể biến đổi thành
fructose-1,6- diphosphate (xem chương lipid).
- Acetyl-CoA thông qua chu trình Krebs không thể tổng hợp được carbohydrate vì hai nguyên tử carbon của nó đã bị loại thành CO2
trước khi tạo ra hợp chất oxaloacetic là chất có vai trò tổng hợp mới carbohydrate (quá trình gluconeogenese).
Khi mô cơ bị mệt mỏi có hiện tượng là chu trình Krebs không thể tiếp nhận tất cả các phân tử pyruvate tạo ra từ quá trình đường phân. Pyruvate được khử thành lactate, chất này được tích luỹ và khi mô cơ nghỉ ngơi chúng lại được oxy hoá thành pyruvate.
Sau đó pyruvate vào trong ty thể và được carboxyl hoá nhờ enzyme pyruvatcacboxylase tạo thành oxaloacetate. Pyruvate vào trong ty thể và có thể tham gia vào 2 đường hướng phản ứng khác nhau (hình 8.1). Nó có thể được biến đổi nhờ enzyme pyruvatdehydrogenase và sau đó đi vào chu trình Krebs. Pyruvate cũng có thể được carboxyl hoá để tạo oxaloacetate và chịu sự biến đổi theo con đường gluconeogenese. Theo đường hướng nào là tuỳ thuộc vào nồng độ acetyl-CoA, chất có khả năng hoạt hoá enzyme pyruvatcarboxylase theo cơ chế biến cấu, trong khi đó ADP lại ức chế enzyme này.
Trong tế bào chất malate được oxy hoá thành oxaloacetate nhờ NAD+
Oxaloacetate được biến đổi tiếp tục thành photphoenolpyruvate nhờ enzyme quan trọng của gluconeogenese là phosphoenolcarboxykinase.
Phản ứng này gồm 1 phản ứng khử carboxyl hoá và 1 phản ứng phosphoryl (phản ứng kinase). Phản ứng cần 1GTP, tương tự ATP.
PEP là 1 chất được tạo ra trong quá trình đường phân. Từ chất này đi ngược lại những phản ứng riêng lẽ của quá trình đường phân cho đến fructozo-1,6-diphotphate. Chất này được khử phosphoryl hoá và đồng phân hoá cho đến glucose cũng như glucose-1-phosphate. Các nguyên tử C trong lactate được sử dụng để tổng hợp nên glucose hoặc glycogen nhờ ATP và NADH. Sự phosphoryl hoá trực tiếp pyruvate để tạo thành PEP là không thực hiện được vì lý do năng lượng, nghĩa là mức năng lượng của pyruvate thấp hơn nhiều so với mức năng lượng của PEP. Như hình 8.1 sự biến đổi này được thực hiện qua oxaloacetate, nhằm để đi quanh “dốc đứng” giữa pyruvate và PEP. Con đường này đòi hỏi một năng lượng bổ sung, là 1 ATP cho carboxyl hoá pyruvate và 1 GTP cho tạo thành PEP.
Hai nguồn năng lượng này đủ để tổng hợp PEP, liên kết cao năng của chúng giải phóng 62 kJ/mol.
Hình 8.1 Sơ đồ Gluconeogenes
Như ở trên đã nêu enzyme pyruvatcarboxylase được điều khiển theo cơ chế biến cấu. Sự điều khiển này là một cơ chế có ý nghĩa. Khi nồng độ acetyl-CoA cao thì không cần tạo acetyl-CoA bổ sung theo con đường khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá. Trong trường hợp này pyruvatcarboxylase được hoạt hoá nhờ acetyl-CoA và pyruvate được sử dụng để tạo oxaloacetate. Ngược lại khi nồng độ ADP cao, nghĩa là nồng độ ATP thấp thì pyruvatcarboxylase bị ức chế. Pyruvate được thực hiện khử carboxyl hoá bằng cách oxy hoá để cung cấp acetyl-CoA cho chu trình Krebs, là chu trình cùng với chuỗi enzyme hô hấp tái tạo ATP.
Ở thực vật và một số vi sinh vật có chu trình glyoxilate xảy ra ở glyoxisome, cấu trúc này chứa enzyme β-oxy hoá peroxesome. Ở đây acetyl-CoA có nguồn gốc acid béo sẽ tạo thành oxaloacetic acid, sau đó là phosphoenolpyruvate, rồi từ đó tạo glucose.
Cứ mỗi vòng chu trình glyoxilate (xem chương lipid) từ 2 phân tử acetyl-CoA tạo ra được 1 phân tử succinic acid. Acid này bị oxy hoá để tạo ra oxaloacetic acid. Oxaloacetic acid sẽ bị khử carboxyl hoá để biến thành phosphoenolpyruvic acid. Chất này sẽ chuyển thành glucose-6- phosphate.
Như vậy từ 4 phân tử acetyl-CoA tạo ra 2 phân tử succinic acid, sau đó 2 phân tử oxaloacetic acid. Các biến đổi tiếp theo sẽ cho ra 2 phân tử phosphoenolpyruvic acid. Cuối cùng thu được 1 phân tử glucose.