background image

Lecture 1 
             

Carbohydrate (CHO)Metabolism  

  
     

 

   1- Glycolysis 
         Objectives: 
  a- Describe the role of ATP as an energy currency. 
  b- Explain what CHO are involved in by having  an 
overview to their role in human metabolism. 
  c- Explain glycolysis ( aerobic & anaerobic ) and 
identify their importance. 
  d- Explain its regulation and the link with other 
pathways  through  intermediate compounds.   
   
           
 

                                                                            
                
                  By Prof.Dr. Munaf Salih Daoud                                                                                                                                                                                                                                                                                       


background image

Source of Energy ( E ): 

       The ultimate source of E for all living matters is the 
sunlight which converts CO

2

 + H

2

O into CHO( starch) in 

plants. Starch converts into glucose (Glc or G ) in the 
body which give E on oxidation. 
  Plants(CO

2

+H

2

O)-sunlight photosynthesis→ Glc 

→ starch-body→Glc-oxidation with ADP+Pi→ 
ATP ( E is conserved in ATP ) 

ATP

 is a nucleotide ( Adenine+Ribose+ 3 

phosphates, it has 2 high-energy phosphate 
bonds ( ~P ). It acts as a donor of a ~P to form 
compounds of less free E of hydrolysis ( ∆G) like 
Glc6-P , Fructose(Frc)6-

P …etc.  

                                                                    

MSD

 

                                                                 
 


background image

 ADP

 is another nucleotide ( with one 

~P

 ) can 

accept 

~P

 

from compounds of higher ∆G 

like phosphoenolpyruvate(PEP) or creatine 
–P found in muscle to form ATP in the 
ATP/ADP cycle which shows the link 
between processes that generate 

~P

 & 

those that utilize it. 
   

Three major sources of ~P take part in E 
conservation (E capture). 

1

-Glycolysis 

2

- TCA cycle 

3

- ETC&Ox.Phosph. 

                                                                  

MSD 


background image

 Phosphagen

- act as storage forms of 

~P

 e.g. 

Creatine~P found in skeletal 
muscles,heart,spermatozoa,brain).In rapid ATP 
utilization as a source of E for muscle 
contraction,phosphagens act as a donor of ~P to 
maintain its concentration & when ATP/ADP ratio 
is high,then phosphagens increase acting as a 
store. 
 

Biological E are either

Exergonic-

 

∆G is negative, so reactions 

proceeds spontaneously with loss of free E ( E 
liberating) reactions. This occurs in Catabolic 
Reactions( breakdown of molecules) 
                                                                   MSD 
 
 


background image

   

Glycogen→Glc→CO

2

 + H

2

O (Glycogenolysis & 

Glycolysis) 

Endergonic

∆G is positive so reactions proceeds 

only if freeE can be gained (E is needed ). This 
occurs in Anaerobic Reactions ( Synthesis of 
molecules). 
Glc 

→ Glycogen ( glycogenesis) 

   Besides ATP,other nucleotides of high ~P are 
GTP,CTP,& UTP used to supply E in protein,lipid, 
& polysaccharide synthesis,respectively.Each is 
formed by combination of ATP with GDP,CDP,& 
UDP in order by a 

kinase enzyme

                                                              MSD 


background image

CHO Metabolism

 

 1- carried out in every cell in the body. 
 2- Found in 

cytoplasm ( Cytosol). 

Glycolysis,Glycogenesis,& Glycogenolysis. 
                  in 

mitochondria

( Membranes& Matrix), TCA 

cycle, ETC& OX Phosph.. 
                   in 

both , 

Gluconeogenesis. 

 3- Alternative pathways are HMP shunt , Uronic acid 
pathway.

  

1- Glycolysis 

     . Used by all tissues for oxidation ( breakdown ) of 
Glc in 9 reactions to give E ( ATP )& intermediates for 
other metabolic pathways ( Link ). 
                                                                            MSD     
                                                                         

 


background image

background image

Aerobic 

( in presence of O

2

 ) Glc→ 2 pyruvates 

or pyruvic acids. 

Anaerobic

 ( in absence of O

2

 

) → 2 lactates 

or lactic acids. 
Reactions:

 

    

Glc(6-C ) with 1 

ATP→ Glc6-P by 

hexokinase(HK) 

or 

glucokinase(GK)

 then 

→Frc6-P by

 isomerase 

then with 1 

ATP → 

Frc 1,6 bisP ( 6-C) by 

PFK-1

 then cleaved 

into 2 (3-C ) 

by Aldolase 

A ( cleavage 

enzyme) → Glyceraldehyde 3-P (3-C)+ 
dihydroxyacetone phosphate DHAP(3-C) 
                                                             MSD 


background image

This step is interconvertible & 2( Glycerald. 3-P) is 
formed by 

isomerase

 then with 2NAD by 

its

 

dehydrogenase

 → 2NADH + 1,3 

bisphosphoglycerate (1,3bisPG) which combine 
with 2ADP by 

kinase

 

→ 2(3PG) + 2ATP then → 

2(2PG)by 

mutase

 

then → PEP by 

enolase

 then  

with ADP → 2ATP + 

2 pyruvates 

by 

pyruvate 

kinase(PK) 

Aerobically

)….The 2 pyruvates with 

2NADH 

by lactate dehydrogenase ( LDH) 

→ 2NAD 

+

 

2 lactates 

Anaerobically

 ) 

[ N.B. 1,3 bisPG by

 mutase 

→2,3 bisPG then →by 

phosphatase

 3PG ,this occurs in RBCs]. 

                                                                   
                                                                     MSD

 


background image

The 2,3biPG of high concentration (4mM) equal to 
Hemoglobin ( Hb) binds to it & act as regulator of O

2

 

transport by decreasing affinity of Hb to O

2

 thus 

allowing O

2

 release in tissue capillaries . 

▪ E production : 
      Aerobic glycolysis produces 2ATP+2NADH( 
give 4 ATP if moves through Glycerol 3-Pshuttle 
or 6 ATP if through malate shuttle) i.e. 6-8 ATP 
per 1 Glc oxidized to 2 pyruvates. 
      Anaerobic glycolysis produces 2 ATP( 
produced by substrate level phosphorylation.In 
its pathway which occurs in exercised muscle ( 
due to lack of O

2

 or Hypoxia) or in RBCs ( lack of 

mitochondria),the NADH cannot be oxidized  
 


background image

through ETC but used by pyruvate to form lactate by 

LDH 

.This enzyme have Clinical significance & have 5 

isoenzymes

.The increased level of blood lactate above 

normal limit is known as 

Lactic Acidosis

. (a pathological 

condition of many causes). 
 
▪Anaerobic Glycolysis occurs in exercised 
muscle,RBCs,Cancer cells in 

CancerCachexia 

. During 

extended muscle exercise,  ↑[lactate] move in blood to 
liver to be reconverted to pyruvate  which form Glc 
by Gluconeogenesis ( Cori ̛s cycle). 
 
Aerobic Glycolysis occurs in most tissues ( organs ) 
when O

2

 is available but it is low in Cardiac muscles 

                                                                         msd  
 
 
    

 


background image

Ischemic heart 

diseases.The brain is highly dependent 

on Glc for its E supply & needs continuous supplement . 
 
Regulation :  
 The key enzymes are 

HK,PFK-1 & PK 

     1- 

PFK-1

 is inhibited by ATP & citrate and activated by 

cAMP,Frc6-P,Frc 2,6 bisP ( in liver). 
      2- Allosteric activation or inhibition of 

HK,PFK-1 &PK 

by phosphorylation & dephosphorylation ( short- term 
influences , minutes-hours) 
       3- Hormonal influence on the amount of enzyme 
synthesized ( long- term increase of activity by 10-20 

folds , hours-days).  
                                                                                        MSD 


background image

     4- Well-fed ( after a meal of CHO) or high insulin 
→high enzyme activity. 
     5- 

Starvation or Diabetes →low enzyme 

activity. 
     6- 

PK

 , activated by Frc1,6 bisP & inhibited 

by ATP, glucagon & epinephrine( adrenaline). 
☻ Genetic defect , Inherited deficiences of 

HK&PK

 cause Hemolytic Anemia due to 

↓[ATP] important in maintaining the biconcave 
shape of RBCs membranes and ↓[ 2,3 bisP] 
important in O

2

 release in tissue capillaries . 

☻glycolysis is inhibited by 
iodoacetate,arsenate& fluoride.              msd        


background image

Other CHO that enters glycolysis: 
     1- Glycogen through formation of Glc6-P ( 
muscle). 
      2- Fructose through formation of Frc1-P by 

fructokinase

 ( liver,kidnney,intestine,testis) i.e. 

Fructolysis.Frc1-P is cleaved by 

Aldolase B 

predominantly found in liver) & bypass the main 
regulatory steps catalyzed by

 PFK-1 

resulting in the 

formation of more pyruvate ( and Acetyl CoA) than 
is required for ATP formation. 
 
                                                                      MSD 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 196 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل