figuur 1. De glycolytische routes van Escherichia coli. Het verste pad naar links is het pad Emden-Meyerhof-Parnas; het verste naar rechts is het pad Entner-Doudoroff. De genen die voor de belangrijkste enzymen van de wegen coderen worden in cursief getoond. Vetgedrukte pijlen geven de productie of het verbruik aan van hoog-energetische bindingen (in de vorm van ATP of PEP) of het verminderen van vermogen (als NADH of NADPH). De gebogen, vet Lijn in de buurt van de bovenkant van de figuur vertegenwoordigt het cytoplasmic membraan; reacties boven die gebogen lijn optreden in het periplasma, die eronder optreden in het cytoplasma.

de EMP-route is aanwezig in organismen uit elke tak van de bacteriën, archaea en eukarya. Het is duidelijk dat dit een vroege evolutionaire aanpassing is, waarschijnlijk aanwezig in de voorouder van alle huidige levensvormen. Dit suggereert dat de EMP-weg geëvolueerd is in een anaërobe, fermentatieve wereld. Nochtans, functioneert de weg ook efficiënt als basis voor aërobe ademhaling van glucose. De verschillen tussen fermentatie en ademhaling liggen grotendeels in het verschillende lot van het geproduceerde pyruvaat (zie later). Voor de eenvoud richt deze discussie zich op de EMP-route in de bekende bacterie Escherichia coli, hoewel de basiskenmerken van de route bijna universeel zijn.

voordat met het glucosemetabolisme wordt begonnen, moet het in de cel worden getransporteerd en gefosforyleerd. In E. coli, zijn deze twee processen intiem gekoppeld zodanig dat de glucose door het phosphotransferasesysteem (PTS) wordt gefosforyleerd aangezien het in de cel overgaat. Aangezien glucose-6-fosfaat (G-6-P), zoals de meeste, zo niet alle suikerfosfaten, giftig is bij hoge cellulaire concentraties, wordt dit transportproces strak gereguleerd. De transcriptie van het glucose-specifieke transportgen, ptsG, is slechts maximaal wanneer cyclisch adenosine monofosfaat (cAMP) (signalerende energiebeperking) accumuleert. Bovendien wordt de vertaling van RNA van de Boodschapper van ptsG (mRNA) geremd door het kleine sgrS van RNA, dat wanneer G-6-P accumuleert wordt geproduceerd. Zo wordt de invoer en de gelijktijdige fosforylering van G-6-P verminderd wanneer de vraag naar meer energie laag is of de concentratie van G-6-P gevaarlijk hoog is.

bij afwezigheid van een ptsg-eiwit kunnen ook andere PTS-gekoppelde transporteiwitten, met name de mannose-specifieke transporteiwit, ManXYZ, glucose transporteren en fosforylaat glucose transporteren. Echter, ptsG mutanten groeien langzamer op glucose dan op wild-type stammen. Vrije glucose kan ook intracellulair accumuleren uit de afbraak van glucose-bevattende oligosachariden zoals lactose of maltose. Intracellulaire glucose wordt via een hexokinase gecodeerd door het GLK-gen in de EMP-route opgenomen.

de volgende twee stappen in de EMP-route bereiden de G-6-P voor op splitsing in twee triosefosfaten. Ten eerste zet een reversibele fosfoglucose-isomerase (BGA-gen) G-6-P om in fructose-6-fosfaat. Een BGA-mutant kan nog steeds langzaam groeien op glucose door andere glycolytische routes te gebruiken (zie later), maar de EMP-route is geblokkeerd in een BGA-mutant. Het resulterende fructose-6-fosfaat wordt verder gefosforyleerd op de C1 positie tot fructose-1,6, – bisfosfaat ten koste van adenosinetrifosfaat (ATP) door een fosfofructokinase gecodeerd door pfkA. Een tweede minder belangrijk isozym van phosphofructokinase dat door pfkB wordt gecodeerd staat langzame groei van pfkA-mutanten toe. Een potentieel concurrerende reeks fosfatasen die het C1-fosfaat uit fructose-1,6, – bisfosfaatfunctie tijdens gluconeogenese verwijderen maar tijdens glycolyse door een verscheidenheid van terugkoppelmechanismen worden gecontroleerd om futiele kringloop te voorkomen.

de volgende reactie in de pathway is de splitsing van fructose-1,6-bisfosfaat tot twee triosefosfaten die de pathway zijn naam geeft (glycolyse = suikerbreuk). Deze reversibele reactie wordt uitgevoerd door fructose bisfosfaat aldolase (FBAA gen) en levert dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) en glyceraldehydefosfaat (GAP) als producten. Een tweede, ongerelateerde aldolase (fbab-gen) wordt alleen gemaakt tijdens gluconeogenese en speelt dus geen rol in de glycolyse. De twee triosefosfaten zijn vrij interconverteerbaar via triosefosfaat-isomerase (TPI-gen). DHAP is een belangrijk substraat voor lipide biosynthese. De kloof is een belangrijke knoop in glycolyse; twee andere gemeenschappelijke glycolytische wegen (zie hieronder) sluiten zich aan bij de EMP-weg bij kloof.

tot op dit punt kan de EMP-route worden beschouwd als een biosynthetische route omdat het drie belangrijke biosynthetische bouwstenen oplevert (G-6-P, fructose-6-fosfaat en DHAP) ten koste van ATP en zonder oxidatieve stappen. De volgende stap is de oxidatieve phosphorylation van kloof aan 1,3-difosfoglyceric zuur, een high-energy samenstelling. De incorporatie van anorganisch fosfaat door GAP dehydrogenase (Gapa-gen) wordt gekoppeld aan de vermindering van NAD+ aan NADH. Onder aërobe omstandigheden, wordt dit NADH reoxidized gebruikend de ademhalingsketen om ATP op te brengen. Onder anaerobe omstandigheden, wordt dit NADH opnieuw geoxideerd door aan de vermindering van producten te koppelen die van pyruvaat of andere EMP-weg tussenproducten worden afgeleid. Het enzym phosphoglycerate kinase (PGK gen) dan phosphorylates adenosinedifosfaat (ADP) aan ATP ten koste van het C1-Fosfaat van 1,3-difosfoglycerate. Dit is de eerste van twee substraat-niveau phosphorylations waar het Fosfaat van een hoogst reactief substraat direct aan ADP zonder de betrokkenheid van het membraanatp synthase wordt overgebracht.

de volgende twee stappen herschikken het resulterende 3-fosfoglyceraat tot het laatste hoog-energetische tussenproduct van de route, fosfoenolpyruvaat (PEP). Eerst wordt het Fosfaat van de C3 positie naar de C2 positie overgebracht door een fosfoglyceraat mutase. Er zijn twee evolutionarily ongerelateerde isozymen, waarvan één (gecodeerd door het gpma-gen) een 2,3-bisfosfoglyceraat als cofactor vereist en de andere (gpmm-gen) niet. Hoewel E. coli, Bacillus subtilis, en een andere bacteriën beide isozymen hebben, hebben vele organismen slechts één of de andere. Bijvoorbeeld, de gist Saccharomyces cerevisiae, de bacterie Mycobacterium tuberculosis, en alle gewervelde dieren hebben alleen de cofactor-afhankelijke enzym, terwijl hogere planten, de archaea, en de bacterie Pseudomonas syringae hebben alleen de cofactor-onafhankelijke enzym. Een derde isozym (ytjC-gen) lijkt te bestaan in E. coli, hoewel zijn rol minder duidelijk is.

het herschikte 2-fosfoglyceraat wordt vervolgens gedehydrateerd door een enolase (eno-gen) om het belangrijkste tussenproduct, PEP, te verkrijgen. Hoewel pyruvate over het algemeen wordt beschouwd als het eindproduct van de EMP-weg, kan worden betoogd dat PEP die eer deelt. PEP is de uiteindelijke bron van fosfaat voor ptsg-bemiddelde transport/phosphorylation van glucose die de weg in werking stelt. Bovendien is het enzym enolase een vereist deel van het degradasoom dat functioneert met het kleine sgrS van RNA (eerder beschreven) om de vertaling van mRNA van ptsG te remmen en degradatie van mRNA van ptsG te stimuleren. Dit vermindert de vorming van de anders toxische accumulatie van G-6-P.

Het is vermeldenswaard dat PEP een aftakking is onder zowel aërobe als anaërobe omstandigheden. Carboxylation van PEP door PEP carboxylase (PPC-gen) verstrekt oxaloacetate, dat met acetyl-CoA uit pyruvate wordt afgeleid condenseert om citraat te vormen voor het runnen van zowel de cyclus van tricarbonic zuur (TCA) als glyoxylate shunt aerobically. Tijdens de fermentatie is hetzelfde oxaloacetaat een tussenproduct in de reductieve (nad regenererende) weg om te succineren. Bovendien wordt het PEP-afgeleide oxaloacetaat (via een deel van de TCA-cyclus) gebruikt voor de biosynthese van glutaminezuur, zelfs onder anaerobe omstandigheden.

de laatste reactie is een fosforylering op substraatniveau van ADP op ATP ten koste van PEP om pyruvaat te produceren. De twee isozymen van pyruvaatkinase (Pyka en pykF genen) worden geactiveerd door suikerfosfaten en het product van het pykf gen toont positieve cooperativiteit met betrekking tot substraatpep, neigt opnieuw om accumulatie van dit gefosforyleerde tussenproduct te verhinderen en zo de generatie van meer G-6-p via het PEP-afhankelijke ptsg-transportmechanisme te verhinderen.

aan het einde van de EMP-route wordt 1 mol glucose omgezet in 2 mol pyruvaat, dat kan worden gebruikt voor verder katabolisme of voor biosynthese. Het levert ook 2 mol van ATP en 2 mol van NADH op (die voor de weg moeten worden geoxideerd om te blijven werken). Aangezien de weg verscheidene giftige tussenpersonen produceert, is het niet verwonderlijk dat de flux door de weg strak wordt geregeld. De enzymen van de route reageren snel op variaties in vraag en aanbod door remming en substraatactivering van enzymactiviteiten terug te geven. Zij reageren ook (langzamer) door transcriptional regelgeving van genuitdrukking in reactie op globale regelgevers die van organisme aan organisme variëren.

de EMP-pathway werkt voor het genereren van zowel biosynthetische tussenproducten als katabole energie uit glucose. Nochtans, dient het ook als centrale stamlijn waarin vele andere katabole wegen voeden. G-6-P, fructose-6-fosfaat, DHAP, en GAP zijn gemeenschappelijke verbindingspunten waar katabole wegen voor suikers, alcoholen, vetten, en organische zuren voeden in de EMP-weg.