تحلل الجلوكوز

نظرة تاريخية

مسار تحلل الجلوكوز كما نعرفه الآن احتاج إلى ما يقارب 100 سنة حتى يتم اكتشافه بشكل كامل. دمج نتائج العديد من التجارب الصغيرة كان مطلوباً لفهم هذا المسار بشكل كامل.
الخطوات الأولى في فهم تحلل الجلوكوز بدأت في القرن التاسع عشر مع صناعة الخمور. لأسباب اقتصادية، صناعة الخمرة الفرنسية  عملت على دراسة سبب تحول طعم الخمور إلى طعم بغيض، بدلاً من أن يتحول إلى كحول عبر التخمر. بحث العالم الفرنسي لويس باستور في هذه القضية في عام 1850، وكانت نتائج تجاربه بداية طريق طويل نحو تفسير مسار تحلل الجلوكوز. لقد بيّنت تجاربه أن التخمّر يحدث بسبب وجود كائنات حيّة دقيقة، و أنّ استهلاك خميرة الجلوكوز يقل تحت الظروف الهوائية، مقارنةً بالظروف اللاهوائية ( تأثير باستير ) .
بينما كانت تجارب باستور هي الرائدة في ذلك الوقت، معرفة الخطوات المكونة لتحلل الجلوكوز زُوّد عن طريق تجارب التخمّر اللاخلوي لإيدوارد بوخنر خلال فترة ال1890. بيّن بوخنر أنّ تحول الجلوكوز إلى إيثانول كان ممكناً باستخدام مستخلص غير حيّ من الخميرة ( بسبب عمل الإنزيمات في المستخلص). لم يقتصر دور هذه النتائج على إحداث ثورة في الكيمياء الحيوية  فحسب، و لكنها أيضاً مكّنت العلماء فيما بعد لدراسة هذا المسار بطريقة أكثر تحكمّاً داخل المختبر. في سلسة من التجارب ( 1905-1911)، العالميّن أوثر هاردن و ويليام يونغ قاما باكتشاف أجزاء أكثر عن تحلل الجلوكوز.  قاما باكتشاف التأثيرات التنظيمية لأدينوسين ثلاثي الفوسفات على استهلاك الجلوكوز خلال عملية تخمّر الكحول. قاما أيضاً بإلقاء الضوء على وظيفة مركب واحد باعتباره مركب وسيط في عملية تحلل الجلوكوز،  و هو ال فركتوز -1,6-ثنائي الفوسفات.
تمت دراسة دور هذا المركب عن طريق قياس مستويات ثاني أكسيد الكربون، الذي كان ينتج عند وضع الجلوكوز مع عصارة الخميرة. إنتاج ثاني أكسيد الكربون كان يزداد بسرعة في البداية ثم بعد ذلك يتباطأ. هاردن و يونغ لاحظا أنّ هذه العملية تبدأ من جديد في حال إضافة فوسفات غير عضوي للمزيج. هاردن و يونغ استخلصا أنّ هذه العملية تنتج إيسترات الفوسفات العضوي، و تجارب أخرى إضافية مكّنتهم من استخلاص الفركتوز ثنائي الفوسفات.
توصل آرثر هاردن وويليام يونغ مع نيك شيبارد من خلال تجربة أخرى إلى أنّ الجزء ما دون الخلوي الحساس للحرارة ذا الكتلة الجزيئية العالية ( الإنزيمات) و الجزء السيتوبلازمي الغير حساس للحرارة ذا الكتلة الجزيئية الصغيرة ( أدينوسين ثلاثي الفوسفات و أدينوسين ثنائي الفوسفات وثنائي نوكليوتيد الأدنين وأميد و عوامل مرافقة أخرى ) يجب تواجدهم مع بعضهم البعض حتى تستمر عملية التخمّر. هذه التجربة بدأت مع ملاحظة أنّ عصارة الخميرة النقية غير قادرة على التخمّر أو حتى إنتاج سكر الفوسفات.هذا المزيج عاد عند إضافة الخميرة الغير نقية التي تم غليها . غليان الخميرة يبقي جميع البروتينات غير فعّالة (حيث أنها تفسدها).  قدرة المستخلص  المغليّ مع العصارة النقية على إكمال التخمّر يقترح أن العوامل المساعدة  ليست بروتينات في صفاتها. 
في فترة ال1920 أوتتو مايرهوف كان قادراً على ربط العديد من الأجزاء الفردية من تحلل الجلوكوز التي تم اكتشافها عن طريق بوخنر، هاردن ، و يونغ . مايرهوف و فريقه كانوا قادرين على استخلاص العديد من الإنزيمات الجلايكولية من نسيج عضليّ، و وضعها مع بعضها ليتم إنتاج المسار صناعياً من الجلايكوجين لحمض اللاكتيك .
خلال بحث واحد ، مايرهوف و العالم رينات  جونوويكس كوكالتي بحثا في التفاعل الذي يقسم الفركتوز 1، 6 -ثنائي الفوسفات إلى جزيئين من السكر ثلاثي الفوسفات ، عمل سابق افترض أن هذا الانقسام حدث بوساطة 1،3-دايفوسفوغليسر ألديهايد إضافةً إلى إنزيم مؤَكسِد و cozymase. مايرهوف و جونوويكس وجدا أن ثابت الإتزان لتفاعل الأيزومارايز و الألدوز لم يتأثر بوساطة الفوسفات الغير عضوي أو أي مساعد إنزيم آخر أو أي إنزيمات مؤكسِدَة . قاما أيضاً باستبعاد دايفوسفوغليسر ألديهايد كوسيط محتمل خلال عملية تحلل الجلوكوز.
مع جميع هذه الأجزاء التي كانت متوفرة خلال فترة ال1930، جوستاف إيمبيدن افترض مسار مفصّلاً خطوة بخطوة للمسار الذي نعرفه اليوم باسم مسار تحلل الجلوكوز ، أكبر التحديات كانت في معرفة تعقيدات هذا المسار بسبب الفترة القصيرة جداً التي يحدث خلالها بالإضافة إلى التراكيز المنخفضة لوسائط التفاعلات الجلايكولية . مع فترةال1940 ، مايرهوف ، إيمبيدن و العديد من من علماء الكيماء الحيوية أخيراً  قاموا بإكمال لغز تحلل الجلوكوز. فهم المسار المعزول توسع في العقود اللاحقة ، ليتضمن تفاصيل أكثر عن تنظيمه و تكامله مع المسارات الأيضية الأخرى

البنية الكيميائية لمكونات تحلل الجلوكوز بناءً على تخطيط فيشر و النموذج المتعدد الأضلاع

الوسائط الكيميائية من تحلل الجلوكوز بناءً على تخطيط فيشر تصور التغيرات الكيميائية خطوة بخطوة. هذه الصورة يمكن مقارنتها مع نموذج متعدد الأضلاع.

رؤية بيوكيميائية

وجود أكثر من نقطة تنظيمية تشير إلى أن الوسائط الكيميائية بين هذه النقاط تدخل و تغادر مسار التحل الجلايكولي بوساطة عمليات أخرى، على سبيل المثال، في أول خطوة منظمة، الهكسوكيناز يحول جلوكوز إلى جلوكوز-6-فوسفات بدلأً من الاستمرار في مسار تحلل السكر، هذا الوسيط الكيميائي يمكن أن يتم تحويله إلى جزىئات تخزن الجلوكوز مثل الغلايكوجين أو النشا. التفاعل العكسي، التكسر، مثلاً، الغلايكوجين، ينتج بشكل أساسي جلوكوز-6-فوسفات ؛ كمية قليلة جداً من الجلوكوز الحر يتنج من التفاعل. الجلوكوز -6- فوسفات الذي ينتج أيضاً يمكنه أن يدخل مسار تحلل السكر بعد أول نقطة تحكم.
الخطوة التنظيمية الثانية(الخطوة الثالثة من تحلل الجلوكوز)، فوسفوفركتوكيناز يحول الفركتوز-6-فوسفات إلى فركتوز (6،1) ثنائي الفوسفات، الذي بعد ذلك يتحول إلى غليسرألديهايد ثلاثي الفوسفات و ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات. ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات يمكن أن يتم إزالته من التحلل الجلايكولي عن طريق التحول إلى الجلسرول-3-الفوسفات، الذي يمكن بعد ذلك استخدامه لتكوين الدهون الثلاثية.على العكس من ذلك، الدهون الثلاثية ثلاثي الغليسريد يمكن أن يتم تحطيمها إلى الأحماض الدهنية والجلسرول ؛ الأخير، بدوره، يمكن أن يتحول إلى ثنائي هيدروكسي أسيتون الفوسفات، الذي يمكنه الدخول إلى التحلل الجلايكولي بعد خطوة التحكم الثانية.

تنظيم الانزيمات المحددة لسرعة التفاعل

الأربع إنزيمات التنظيمية هي هكسوكيناز، غلوكوكيناز، فوسفوفركتوكيناز ،البيروفات كايناز. فإن التدفق خلال مسار تحلل السكر يتم التحكم به استجابة للظروف سواء داخل أو خارج الخلية. العوامل الداخلية التي تنظم تحلل السكر في المقام الأول توفر ATP بكميات كافية لاحتياجات الخلية. العوامل الخارجية تعمل في المقام الأول على الكبد,الأنسجة الدهنيةو العضلات ،التي يمكنها إزالة كميات كبيرة من الجلوكوز من الدم بعد وجبات الطعام (وبالتالي منع ارتفاع السكر في الدم عن طريق تخزين الجلوكوز الزائد كدهون أو جليكوجين, اعتمادا على نوع الأنسجة). الكبد هو أيضا قادرة على الإفراج عن الجلوكوز في الدم بين الوجبات، أثناء الصيام، وممارسة التمارين الرياضية وبالتالي الوقاية من نقص السكر في الدم عن طريق تحلل الغليكوجين و استحداث السكر. هذه التفاعلات الكيميائية تتزامن مع وقف تحلل الجلوكوز في الكبد.
في الحيوانات، تنظيم مستويات الجلوكوز في الدم عن طريق البنكرياس بالتزامن مع الكبد هو جزء حيوي من التوازن. فإن خلايا بيتا في جزر لانغرهانس حساسة لتركيز السكر في الدم. الارتفاع في تركيز السكر في الدم يسبب لها لإفراز الأنسولين في الدم ،مما له تأثير وخاصة على الكبد، ولكن أيضا على خلايا الدهون و العضلات، مما يتسبب لهذه الأنسجة إلى إزالة الجلوكوز من الدم. عندما تكون نسبة السكر في الدم منخفضة تتوقف خلايا بيتا في البنكرياس عن إنتاج الأنسولين، ولكن بدلا من ذلك تعمل على تحفيز خلايا ألفا المجاورة في البنكرياس إلى إفراز غلوكاغون في الدم. وهذا بدوره يؤدي أن يعمل الكبد على إفراز الجلوكوز في الدم عن طريق تحطيم الغلايكوجين المخزن، وعن طريق استحداث السكر. إذا كان الانخفاض في مستوى السكر في الدم بشكل خاص سريع أو حاد، أجهزة استشعار الجلوكوز الأخرى تسبب إفراز الأدرينالين من الغدد الكظرية في الدم. وهذا له نفس تأثير الغلوكاغون على استقلاب الجلوكوز، ولكن تأثيره أكثر وضوحا. في الكبد ،الجلوكاجون و الادرينالين يسببان الفسفرة للإنزيمات الرئيسية المحددة لسرعة تحلل الجلوكوز ،و تصنيع الأحماض الدهنية، بناء الكولسترول, استحداث السكر و تحلل الغليكوجين. الأنسولين له تأثير معاكس على هذه الإنزيمات . الفسفرة و نزع الفوسفات (dephosphorylation) من هذه الإنزيمات (في النهاية، نتيجة لمستوى الجلوكوز في الدم) هو المتحكم الذي عن طريقه يتم التحكم في هذه المسارات في الكبد والدهون و العضلات. وبالتالي فسفرة الفوسفوفركتوكيناز يمنع تحلل الجلوكوز، في حين أن نزع الفوسفات (dephosphorylation) من خلال عمل الإنسولين يحفز تحلل الجلوكوز.
إضافة لذلك، هكسوكيناز و غلوكوكيناز يعملان بشكل مستقل عن التأثيرات الهرمونية كضوابط تحكيم في نقاط دخول الجلوكوز إلى خلايا الأنسجة المختلفة. هكسوكيناز يستجيب إلى مستوى جلوكوز-6-فوسفات (G6P) في الخلية، و، في حالة غلوكوكيناز ،فهو يستجيب إلى مستوى السكر في الدم لنقل ضوابط التحكم بمسار تحلل السكر تماماً في الأنسجة المختلفة (انظر أدناه).
عندما يتم تحويل الجلوكوز إلى G6P من قبل هكسوكيناز أو غلوكوكيناز، فإنه يمكن إما أن يتم تحويلها إلى غلوكوز-1-فوسفات (G1P) ليتحول إلى الغلايكوجين، أو بدلاً من ذلك تحويلها عن طريق تحلل السكر إلى البيروفات، الذي يدخل الميتوكندريون حيث يتم تحويلها إلى أسيتيل مرافق الإنزيم-أ ثم إلى سيتريت. السيتريت الزائدة تخرج من المايتوكنريون إلى العصارة الخلوية، حيث أن ATP citrate lyase يعمل على تجديد إنتاج أسيتيل مرافق الإنزيم –أ و أوكسالوآسيتات (OAA).إن أسيتيل مرافق الإنزيم-أ يتم استخدامه لتكوين الأحماض الدهنية و الكولسترول، وهما من أهم الطرق للاستفادة من الجلوكوز الزائد عندما تكون تراكيزه عالية في الدم. الإنزيمات المحددة لسرعة التفاعل المحفزة لهذه التفاعلات تقوم بهذه الوظائف عندما تكون منزوعة الفوسفات من خلال عمل الأنسولين في خلايا الكبد. بين وجبات الطعام أثناء الصوم، ممارسة التدريب البدني أو نقص مستوى السكر في الدم، الجلوكاجون و الأدرينالين يتم افرازهما في الدم. هذا يسبب أن يتم تحويل الجليكوجين في الكبد مرة أخرى إلى G6P، ومن ثم تحويلهاإلى جلوكوز عن طريق إنزيم متخصص في الكبد الغلوكوز 6-فسفاتاز و إفرازه إلى الدم. الجلوكاجون و الأدرينالين أيضا يحفزان استحداث السكر ،الذي يحول الركائز (غير الكربوهيدرات) إلى G6P الذي يرتبط في G6P المستمد من الجليكوجين، أو بدائل له عندما يستنفذ مخزن الجليكوجين في الكبد. هذا الأمر بالغ الأهمية من أجل وظيفة الدماغ ،لأن الدماغ يستخدم الجلوكوز كمصدر للطاقة في أغلب الأحيان ، هذه الفسفرة المستمرة، خاصة للفوسفوفركتوكيناز، ولكن أيضًا، إلى حد ما للبيروفات كيناز تمنع حدوث تحلل الجلوكوز بنفس الوقت مع استحداث السكر و تحلل الغليكوجين.

الهكسوكيناز والجلوكوكيناز

جميع الخلايا تحتوي الإنزيم هكسوكيناز، الذي يحفز تحول الجلوكوز الذي يدخل الخلية إلى جلوكوز-6-فوسفات (G6P) (بالانجليزية : Glucose 6-phosphate). نظراً لأنّ غشاء الخلية لا يمرر G6P،الهيكسوكيناز ضروري لنقل الجلوكوز إلى الخلايا التي لا يستطيع المغادرة منها بعد ذلك.يتم تثبيط الهكسوكيناز عن طريق المستويات العالية من G6P داخل الخلية.لذلك فإنّ معدل دخول الجلوكوز إلى داخل الخلايا يعتمد بشكل جزئي على مدى سرعة تحلل الG6P خلال تحلل الجلوكوز، و عن طريق تصنيع الغليكوجين ( في الخلايا التي تخزن الجلايكوجين، و هي خلايا الكبد و العضلات).
الغلوكوكيناز، مختلف عن الهكسوكيناز، لا يتم تثبيطه بوساطة G6P. و هو موجود في خلايا الكبد، و يقوم فقط بفسفرة الجلوكوز الذي يدخل الخلية لتكوين جلوكوز-6-فوسفات (G6P)، (بالانجليزية : Glucose 6-phosphate)، عندما يكون السكر موجود في الدم. هذه هي أول خطوة في المسار الجلايكولي داخل الكبد، و هي لذلك تنقل طبقة إضافية للتحكم في المسار الجلايكولي داخل الكبد.

الفوسفوفركتوكيناز

الفوسفوفركتوكيناز (بالانجليزية : phosphofruktokinase 1) هو عبارة عن نقطة تحكم مهمة في مسار التحلل الجلايكولي، و ذلك لأنه واحد من الخطوات الغير عكسية و لديه مؤثرات تفارغية مهمة، أدينوسين أحادي الفوسفات AMP و فركتوز 6،2-ثنائي الفوسفات (F2,6BP) (بالانجليزية : Fructose 2,6-bisphosphate).
فركتوز 6،2-ثنائي الفوسفات (F2,6BP) ،(بالانجليزية : Fructose 2,6-bisphosphate)، محفز قوي جداً لفوفسفوفركتوكيناز (PFK-1).الذي يتم إنتاجه عندما يتم فسفرة F6P بوساطة فوسفوفركتوكيناز ثانٍ (PFK2)، بالانجليزية :Phosphofructokinase 2)،. في الكبد، عندما يكون السكر منخفض في الدم و الغلوكاغون يرفع cAMP، يتم فسفرة PFK2،(بالانجليزية : Fructose 2,6-bisphosphate)،عن طريق البروتين كيناز أ.عملية الفسفرة تثبط PFK2 ،(بالانجليزية : Fructose 2,6-bisphosphate)، و مجموعة أخرى على البروتين تصبح محفزة كما هو الحال بالنسبة للفركتوز فوسفاتاز 2، الذي يحول F2,6BP إلى F6P. كلاً من الغلوكاغون و الأدرينالين يسببان مستويات عالية من الcAMP في الكبد.المستويات المنخفضة من فركتزو 1،6-ثنائي الفوسفات داخل الكبد هي نتيجة لإنخفاض في نشاط الفوسفوفركتوكيناز و زيادة في نشاط فركتوز 1،6-ثنائي الفوسفات، و لذلك فإن استحداث السكر ( في جوهره، " معاكس للتحلل الجلايكولي") يكون مفضلاً.و هذت يكون بالتزامن مع وظيفة الكبد في مثل هذه الحالات ، لأن ردة فعل الكبد لهذه الهرمونات هو إفراز السكر إلى الدم.
ATP يتنافس مع AMP على موقع المؤثر التفارغي على إنزيم PFK. تراكيز ال ATP في الخلايا أعلى بكثير من تراكيز الAMP، عادةً أكثر بمئة ضعف ، و لكن تركيز الATP لا يتغيرأكثر من حوالي 10% تحت الظروف الفسيولوجية، بينما أن الانخفاض و تركيز الATP بمقدار 10% يؤدي إلى زيادة بتراكيز الAMP بمقدار ستة أضعاف .لذلك فإن ملائمة الATP كمؤثر تفارغي مشكوك فيها. أي زيادة في الAMP هو نتيجة لنقصان في شحنة الطاقة داخل الخلية.
السيترات يثبط الفوسفوفركتوكيناز عندما يتم فحصه في المختبر عن طريقتحسين التأثير المثبط لجزيءالATP.على الرغم من ذلك، هناك شك بوجود تأثير حقيقي داخل الجسم، لأن السترات في العصارة الخلويةيتحول بشكل أساسي إلى أسيتل مساعد الإنزيم-أ ليتم استخدامه في تصنيع الأحماض الدهنية و الكولسترول.
TIGAR، انزيم محفز بوساطة P53، مسؤول عن تنطيم فوسفوفركتوكيناز،(بالانجليزية : Phosphofructokinase 1)، و يعمل على الحماية من الأكسدة . TIGAR هوانزيم وحيد يمتلك وظيفة ثنائية تنطم F2,6BP. يمكنه أن يتصرف مثل الفوسفاتاز (الفركتوز -2،6- ثنائي الفوسفات) الذي يفصل الفوسفات عن ذرة الكربون(2) لينتج F6P. كما يمكنه أيضا العمل ككيناز (PFK2) عن طريق إضافة فوسفات على ذرة الكربون (2) في F6-P لينتج F2,6BP.

البيروفات كيناز

إنزيم البيروفات كيناز يحفز آخر خطوة في تحلل الجلوكوز، التي يتم فيها إنتاج البيروفات و الATP. البيروفات كيناز يحفز انتقال مجموعة فوسفات من الفوسفواينول بيروفات PEP إلى ADP، ليتم إنتاج جزيء واحد من البيروفات و جزيء واحد من الATP.
البيروفات كايناز في الكبد يُنَظّم بشكل غير مباشر بوساطة الأدرينالين و الغلوكاغون، من خلال البروتين كايناز أ. هذا البروتين كايناز يعمل على فسفرة البيروفات كايناز داخل الكبد لتثبيطه. البيرفات كايناز في العضلات لا يتم تثبيطه عن طريق تنشيط الأدرينالين للبروتين كايناز أ.الجلوكاجون يستشعر الصيام (عدم وجود جلوكوز).و لهذا، التحلل الجلايكولي يتم تثبيطه في الكبد و لكنه لا يتأثر في العضلات في حالة الصيام. أي زيادة في مستويات السكر في الدم تؤدي إلى إفراز الأنسولين، الذي يعمل على تحفيز فسفرة الفوسفاتاز 1، مؤدياً إلى نزع الفوسفات (dephsphorylation) و تنشيط البيروفات كايناز. هذه العمليات التنظيمية تمنع التفاعل العكسي ( بيروفات كاربوكسيلاز (يالانجليزية : pyruvate carboxylase) و فوسفواينول بيروفات كاربوكسي كايناز (يالانجليزية : phosphoenolpyruvayte carboxykinase ))، و بالتالي يمنع الحلقة المغلقة (بالانجليزية : futile cycle).

السكري

دخول السكر للخلايا يعتمد على إشارات من الإنسولين ، و السكر يتم تكسيره مباشرةً خلال مسار تحلل الجلوكوز ، و بالتالي تخفيض مستويات السكر في الدم . على الرغم من ذلك ، مستويات الإنسولين المنخفضة الناتجة عن مرض السكري تؤدي إلى مستويات عالية من السكر في الدم ، حيث تزداد مستويات السكر في الدم و الجلوكوز لا يدخل للخلايا بطريقة صحيحة . خلايا الكبد أيضاً تساهم في ارتفاع مستويات السكر في الدم عن طريق عملية استحداث السكر . تحلل السكر في داخل خلايا الكبد يتحكم بانتاج السكر عن طريق الكبد ، و عندما يتم إنتاج الجلوكوز عن طريق الكبد بشكل كبير بدون وجود طرق لتكسيره داخل الجسم ، ارتفاع نسبة السكر في الدم تنتج .

الأمراض الوراثية

الطفرات الجينية هي بشكل عام نادرة بسبب أهمية المسار الأيضيّ، هذا يعني أنّ أغلب الطفرات الحينية التي تحدث تؤدي إلى عدم قدرة الخلية على التنفس، و بالتالي تسبب موت الخلية خلال مرحلة مبكرة.و مع ذلك، هناك بعض الطفرات الجيننية التي تم ملاحظتها، من ضمنها نقص البيروفات كيناز الذي يعد مثالاً ملحوظاً و بارزاً، الذي يؤدي إلى أنيميا انحلالية مزمنة.

السرطان

الخلايا السرطانية الخبيثة تقوم بعملية التحلل الجلايكولي بمعدل أسرع بعشر مرات من النسيج الغير سرطاني المكون من نفس نوع الخلايا، خلال عملية التكوين، هنالك دعم محدد من الشعيرات الدموية يزود الخلايا السرطانية بالدم، مما يؤدي إلى نقص الأكسجين الواصل إليها. و لذلك، هذه الخلايا تعتمد على العمليات الأيضية اللاهوائية مثل التحلل الحلايكولي لجزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات(ATP). بعض الخلايا السرطانية تنتج إنزيمات محددة خاصة بهذه العملية بكميات كبيرة(بإفراط) فينتج عن ذلك معدلات أعلى لحدوث عملية تحلل السكر.عادة هذه الإنزيمات هي الآيسوإنزايمات، لعملية التحلل الجلايكولي التقليدية، التي تختلف التي تختلف في قابليتها للاستجابة للتغذية الراجعة المثبطة لهذه التفاعلات.إن زيادة نشاط تحلل السكر في النهاية يواجه نتائج نقص الأكسجين بوساطة إنتاج كمية كافية من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات في هذا المسار اللاهوائي. هذه الظاهرة تم شرحها لأول مرة عام 1930 م عن طريق أوتو فاربورغ و أطلق عليها تأثير واربيرغ.فرضية فاربورغ تدعي بأن السرطان يحدث نتيجة اختلال وظيفي للتفاعلات الأيضية داخل المايتوكندريا بشكل أساسي، بدلاً من أن تكون بسبب نمو غير طبيعي للخلايا.عدد من النظريات تم تطوريها لتفسير تأثير واربيرغ.إحدى هذه النظريات تقترح أن زيادة معدل التحلل الجلايكولي هو عملية حماية طبيعية للجسم و التغير الخبيث يمكن أن يكون سببه الأساسي هو استقلاب الطاقة .
إن معدل تحلل السكر العالي حصل على تطبيقات طبية مهمة، لأن معدل تحلل السكر الهوائي السريع بواسطة الخلايا السرطانية الخبيثة تم استخدامه سريرياً بشكل علاجي لتشخيص و التحكم في استجابة علاجات السرطان و ذلك عن طريق تصوير كيميائي لدخول فلوروديوكسي غلوكوز (FDG) إلى الخلايا(فهو يعد ركيز تحلل إشعاعي معدل للهكسوكيناز ) باستخدام التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET).
هناك بحث مستمر للتأثير على الإستقلاب داخل الميتوكندريا و علاج السرطان عن طريق تقليل معدل استقلاب السكر و بالتالي حرمان الخلايا السرطانية بطرق متنوعة، من ضمنها النظام الغذائي الكيتوني .