Glykolyse

Glykolysen (fra gresk glykys – «søt», og lysis – «løse opp») er den katabolske stoffskifteveien hvor glukose, som er et monosakkarid med seks karbon-atomer, spaltes og nedbrytes til to pyruvatmolekyler, som er trekarbonforbindelser. Disse pyruvatmolekylene kan så gå videre gjennom sitronsyresyklusen eller Krebs' syklus. Glykolysen består av ti godt definerte reaksjoner med ni ulike intermediater, altså mellomprodukter, som er veldig like i praktisk talt alle celler, både prokaryote og eukaryote. Reaksjonsgangen ble oppdaget av hovedsakelig Gustav Embden, Otto Meyerhof og Jakub Karol Parnas i 1940, og glykolysen blir derfor også ofte referert til som Embden-Meyerhof-Parnas-stoffskifteveien (EMP pathway). 
 Den motsatte reaksjonen, oppbygning av glukose, kalles glukoneogenesen.

Glukose → glukose-6-fosfat

Det første trinnet i glykolysen er en glukosefosforylering ved hjelp av et enzymkompleks, enten heksokinase eller glukokinase, og det dannes glukose-6-fosfat. I reaksjonen går det med energi i form av ATP som omdannes til ADP, men dette gjøres for å holde glukosekonsentrasjonen lav. Dette fremmer i sin tur at glukose fortløpende transporteres inn i cellen gjennom cellemembranens transportere. I tillegg forhindrer det at glukose lekker ut av cellen ettersom fosfatgruppen på glukosen gjør molekylet polart, noe som hindrer diffusjon gjennom den upolare membranen. Eller så kan glukose dannes fra glykogen som nedbrytes via glukose-6-fosfat, og da vil det skje en fosforolyse, avspalting av fosfatgruppe.  
Heksokinasen har en høy affinitet for glukose, det vil si en lav Kₘ , selv i et blod med lite glukose. Det gjør at cellene kan benytte seg av blodglukosen selv ved lavt blodsukker. Heksokinasen har imidlertid en lav Vₘₐₓ, topphastighet, som gjør at heksokinasen ikke kan fosforylere mange glukose-molekyler på kort tid.
I mange virveldyr, deriblant mennesket, finnes et isozym av heksokinase kalt glukokinase eller heksokinase IV, som finnes i parenkymcellene (de aktive organcellene) i blant annet levra, bukspyttkjertelen, hjernen og i fordøyelsessystemet. I motsetning har glukokinasen andre enzymatiske egenskaper. Den har en større Kₘ, og denne lavere glukoseaffiniteten sørger for at glukokinase kun fungerer ordentlig ved høy konsentrasjon av blodglukose, slik som etter man har spist. Glukokinasen har også en høy Vₘₐₓ som gjør at den effektivt kan ta unna store mengder blodglukose raskt. Glukokinase forhindrer derfor, sammen med insulin, hyperglykemi (høyt blodsukker) når næring absorberes i kroppen. I tillegg fungerer glukokinase som en glukosesensor i bukspyttkjertelen for å avgjøre om insulin skal skilles ut.

Fruktose-6-fosfat → fruktose-1,6-bisfosfat

I dette reaksjonstrinnet oksideres 1 ATP til 1 ADP (reaksjonen forbruker energi) og det katalyseres av enzymet fosfofruktokinase-1. Enzymet hemmes av mengden sitrat og ATP, som er signalmolekyler som indikerer at det er nok energi i cellen, mens det stimuleres av mengden fruktose-2,6-bisfosfat.
At det går med enda et ATP-molekyl i dette trinnet kan rettferdiggjøres på to måter. For det første vil energien i reaksjonstrinnet gjøre intermediatet fruktose-6-fosfat ustabilt, noe som er nødvendig for de videre glykolytiske trinnene. For det andre vil reaksjonen være så godt som irreversibel, ettersom reaksjonsenzymet fosfofruktokinase 1 (PFK 1) er koblet til hydrolysen av ATP. Det gjør nemlig reaksjonen gunstig energimessig. For å gå den motsatte stoffskifteveien, må glukoneogenesen ta en omvei ved dette trinnet. Det gjør at dette er et regulatorisk reaksjonstrinn, og det blir dermed også ett av de tre hastighetsbestemmende trinnene i glykolysen. 
Videre er den andre forforyleringen som skjer i dette trinnet nødvendig for å få dannet to ladde grupper i stedet for kun en. Det gjør at man kan utnytte seg av begge molekylene som intermediatet blir spaltet til, senere i stoffskifteveien, samt slik at de ikke skal diffundere ut gjennom cellen.  
Den samme reaksjonen kan også katalyseres av pyrofosfat-avhengig fosfofruktokinase (PFP eller PPi-PFK), som finnes i de fleste planter, noen bakterier, urbakterier og protister, men ikke i dyr. Dette enzymet tar i bruk pyrofosfat (PPi) som fosfatdonoren i stedet for ATP. Dette er i motsetning en reversibel reaksjon som gjør denne stoffskifteveien mer fleksibel. I tillegg har en sjeldnere ADP-avhengig PFK-enzymvariant blitt oppdaget hos urbakterier.

Pyruvats videre stoffskifteveier

Pyruvat som er produktet i glykolysen kan ta forskjellige veier avhengig av oksygentilgangen. Hvis ikke oksygen er tilstede f.eks. røtter i anaerob jord, vil pyruvat laget i glykolysen ved fermentering omsettes til acetaldehyd katalysert av pyruvat dekarboksylase. Acetaldehyd virker som elektronakseptor og reduseres til etanol katalysert av alkohol dehydrogenase. Pyruvat kan også virke som elektronakseptor og reduseres til laktat (melkesyre), men denne veien har mindre betydning i planter idet surgjøringen skrur av melkesyreproduksjonen. Under aerobe forhold omsettes pyruvat til CO2 og acetyl-CoA som kan gå inn i Krebs syklus (trikarboksylsyresuklus) katalysert av pyruvat dehydrogenase.

Regulering av glykolysen

Glykolysen reguleres ved å stimulere eller hemme enzymene til de ulike trinnene i stoffskifteveien, som resulterer i at reaksjonshastigheten henholdsvis øker og avtar. Om et trinn er regulert, kjennes det gjerne igjen på en endring i fri energi , ΔG, for hvert reaksjonstrinn. Dersom produktene og reaktantene til et trinn står i likevekt, antas det at det ikke er regulert. Siden forandringen i fri energi er null for et system i likevekt, vil ethvert trinn med en svært liten endring i fri energi være regulert. Dersom et reaksjonstrinn er regulert, så vil enzymet som katalyserer reaksjonen ikke omdanne reaktanter til produkter så raskt som det kan, noe som gir en opphopning av reaktanter som kunne bli omgjort til produkt om enzymet jobbet raskere. Ettersom reaksjonen er termodynamisk gunstig, vil trinnets forandring i fri energi være negativ. Et trinn med en stor negativ endring i fri energi er ofte regulert. 
Glykolysen er som andre omsetningsveier under streng metabolsk kontroll. Fruktose-2,6-bisfosfat som er et stoff som har stor betydning for regulering av karbonfluksen i planter aktiverer fosfofruktokinase, men hemmer fruktose-1,6-bisfosfatase som hydrolyserer fruktose-1,6-bisfosfat tilbake til fruktose-6- fosfat. Glykolysen brukes ikke bare i katabolismen til å oksidere karbohydrater til pyruvat og skaffe energi i form av ATP, men gir i anabolismen viktige stoffer (metabolitter) til andre biosynteseveier.