Glukoza je majhna organska molekula iz katere lahko vsi živi organizmi izkoriščajo prosto energijo. Katabolizem glukoze se imenuje glikoliza in poteka v citosolu vsake celice, medtem ko nasprotna reakcija, to je nastanek glukoze iz substratov, ki niso sladkorji, poteka le v nekaterih celicah, predvsem v jetrnih in ledvičnih in jo imenujemo glukoneogeneza.

Glikoliza je bila prva metabolna pot, ki so jo po skoraj sto letih raziskav leta 1940 uspešno pojasnili trije znanstveniki in jo zato poznamo tudi kot Meyerhof-Embden-Parnasovo pot. Sestavlja jo 10 encimsko kontroliranih reakcij, kjer se glukoza, ki ima 6 ogljikovih (C) atomov oksidira v 2 molekuli s 3 ogljikovimi atomi. Elektroni se prenašajo do končnega prejemnika, to je molekula piruvata, ki se reducira do laktata (»mlečne kisline«). Pri teh procesih ATP nastaja neposredno iz ADP-ja in fosfata vezanega na enega izmed vmesnih intermediatov (presnovnih produktov glukoze), zato ta proces imenujemo fosforilacija na nivoju substrata. Fermentacija glukoze je eden izmed dveh načinov izkoriščanja energije iz hrane za anaerobne organizme. Poleg laktata lahko ti organizmi tvorijo tudi druge produkte fermentacije, kot so kratko verižne maščobne kisline (acetat, propionat in butirat) ali pa etanol in različne pline, kot so metan, ogljikov dioksid in vodik. Številne izmed teh molekul nastajajo tudi v človeškem organizmu, kjer mikroorganizmi, ki so prisotni v našem črevesju, uporabljajo predvsem neprebavljene ogljikove hidrate kot substrate za fermentacijo. Pri določenih mikroorganizmih v naravi je končni prejemnik elektronov pri oksidaciji glukoze lahko tudi anorganska snov, kot je žveplo, sulfat ali pa nitrat. Tak proces imenujemo anaerobna respiracija in je pomembna za kroženje snovi v naravi (npr. dušika, žvepla, železa in ogljika).

Največji izkoristek energije pri katabolizmu glukoze pa imajo organizmi, ki znajo uporabljati kisik v presnovnih procesih. Kisik namreč omogoča, da se oksidacija glukoze ne konča z redukcijo piruvata v laktat, temveč katabolizem poteka dalje. Najprej do molekule z dvema ogljikovima atomoma, ki se imenuje acetat in je aktivirana v molekuli acetil koencima A in nato skozi proces, ki ga imenujemo Krebsov cikel, nastane končni produkt aerobnega metabolizma glukoze, to je ogljikov dioksid. Terminalni prejemnik elektronov, ki se pri teh biokemijskih reakcijah prenašajo je kisik, ki se reducira v vodo, zato govorimo o oksidativnem metabolizmu oziroma oksidativni fosforilaciji. Oksidativna fosforilacija omogoča nastanek veliko večjih količin ATP-ja, medtem ko pri fosforilaciji na nivoju substrata nastaja ATP veliko hitreje. Potrebno je poudariti, da je končni produkt glikolize vedno laktat, vendar ga je v aerobnih pogojih veliko manj kakor v anaerobnih. Katero metabolno pot bodo celice izbrale, je odvisno od več faktorjev in signalov, ki jih dobijo iz okolja. Kadar so potrebe celice po energiji povečane, lahko s hitrostjo tvorbe ATP-ja kompenziramo količino, ki se proizvede pri oksidativnem metabolizmu glukoze. Čeprav pri fermentaciji glukoze do laktata dobimo le približno 5 % ATP-ja kakor pri popolni oksidaciji, pa je hitrost anaerobne glikolize skoraj 100-krat večja kakor oksidativna fosforilacija. Pri zelo visokih intenzivnosti je ta metabolni sistem najučinkovitejši način tvorbe ATP-ja v celicah in omogoča najhitrejši vir proste energije.

Poleg prisotnosti kisika in količine proste energije, ki se sprosti, je zelo pomembna razlika med obema presnovnima potema glukoze tudi ta, kje v celici te reakcije potekajo. Slednje je povezano s kompleksnostjo in organiziranostjo življenja samega, saj imajo višje razviti organizmi mitohondrije (hiperlink na prejšnjo vsebino) in tako bolj robusten metabolizem, ki jim zagotavlja dovolj energije za življenje. Anaerobna glikoliza je tako v bistvu zelo »primitiven« način izkoriščanja energije in je velikokrat tudi povezana s patološkimi procesi. Eden izmed takih je t.i. Warburgov efekt, ki je zelo znan v onkologiji, saj večina rakavih celic raje izkorišča anaerobno glikolizo kakor oksidativni metabolizem za tvorbo ATP-ja tudi v prisotnosti kisika; na tak način lahko namreč v krajšem času ustvari več biomase. Drugi, manj znan pa je t.i. Crabtree efekt, presnovni proces, ki poteka v kvasnih celicah in omogoča tvorbo etanola v oksidativnih pogojih zaradi visoke koncentracije glukoze.

Poleg glikolize, ki ste jo spoznali danes, je vloga glukoze v presnovnih procesih pleiotropična (večstranska). Glukoza se v celicah hrani v obliki glikogena, kjer se v procesu glikogeneze molekule glukoze povezujejo v polimerne enote. Kadar celica, predvsem mišična, potrebuje energijo, se v procesu glikogenolize ta glukoza sprosti in celica jo lahko uporabi za delo. Poleg glikolitične metabolne poti glukoza vstopa tudi presnovno pot, ki se imenuje pentozno fosfatna pot, kjer s pomočjo katabolizma glukoze nastane derivat vitamina B3 (NADPH), ki omogoča anabolne procese, v prvi vrsti nastanek za človeka najbolj pomembnega antioksidanta, to je glutation. Poleg tega v tej presnovni poti nastajajo tudi piridinske in pirimidinske dušikove baze in aromatske amino kisline, ki so prav tako esencialne molekule v našem telesu. S pretvorbo glukoze preko glutamina pa nastajajajo substrati, ki so pomembni pri procesu glikozilacije. Slednje je ena izmed modifikacij beljakovin in lipidov v našem telesu in omogoča nastanek struktur, ki jih imenujemo glikokaliks, poleg tega pa je pomembna tudi za pravilno konformacijo (obliko) in stabilizacijo beljakovin. Glukoza je med vsemi sladkorji najmanj »škodljiva«, saj je manj reaktivna od fruktoze zaradi procesa, ki ga v kemiji imenujemo mutarotacija. Kadar je v telesu primanjkuje, jo telo samo proizvaja v procesu glukoneogeneze, pri tem pa se aktivirajo stresni hormoni, predvsem kortizol. Če je ta proces kroničen, se v telesu zgodijo številne negativne spremembe tako na nivoju hormonov kakor tudi na nivoju mitohondrijev. Čeprav je v zadnjem času na zatožni klopi, je glukoza za telo esencialnega pomena in igra neizbežno vlogo vsako sekundo našega življenja. Naše celice jo nujno potrebujejo ne glede na to, kar boste prebrali na raznih blogih, ki jih pišejo zagovorniki ketogene ali low carb prehrane.