Glucose 6-phosphate (G6P, sometimes called the Robison ester) is a glucose sugar phosphorylated at the hydroxy group on carbon 6. This dianion is very common in cells as the majority of glucose entering a cell will become phosphorylated in this way.

Because of its prominent position in cellular chemistry, glucose 6-phosphate has many possible fates within the cell. It lies at the start of two major metabolic pathways: glycolysis and the pentose phosphate pathway.

In addition to these two metabolic pathways, glucose 6-phosphate may also be converted to glycogen or starch for storage. This storage is in the liver and muscles in the form of glycogen for most multicellular animals, and in intracellular starch or glycogen granules for most other organisms.

Production

From glucose
Within a cell, glucose 6-phosphate is produced by phosphorylation of glucose on the sixth carbon. This is catalyzed by the enzyme hexokinase in most cells, and, in higher animals, glucokinase in certain cells, most notably liver cells. One equivalent of ATP is consumed in this reaction.

   

The major reason for the immediate phosphorylation of glucose is to prevent diffusion out of the cell. The phosphorylation adds a charged phosphate group so the glucose 6-phosphate cannot easily cross the cell membrane.

From glycogen
Glucose 6-phosphate is also produced during glycogenolysis from glucose 1-phosphate, the first product of the breakdown of glycogen polymers.

Pentose phosphate pathway 

When the ratio of NADP+ to NADPH increases, the body needs to produce more NADPH (a reducing agent for several reactions like fatty acid synthesis and glutathione reduction in erythrocytes). This will cause the G6P to be dehydrogenated to 6-phosphogluconate by glucose 6-phosphate dehydrogenase. This irreversible reaction is the initial step of the pentose phosphate pathway, which generates the useful cofactor NADPH as well as ribulose-5-phosphate, a carbon source for the synthesis of other molecules. Also, if the body needs nucleotide precursors of DNA for growth and synthesis, G6P will also be dehydrogenated and enter the pentose phosphate pathway.

Glycolysis 
If the cell needs energy or carbon skeletons for synthesis, then glucose 6-phosphate is targeted for glycolysis. Glucose 6-phosphate is first isomerized to fructose 6-phosphate by phosphoglucose isomerase, which uses magnesium as a cofactor.

   

This reaction converts glucose 6-phosphate to fructose 6-phosphate in preparation for phosphorylation to fructose 1,6-bisphosphate. The addition of the second phosphoryl group to produce fructose 1,6-bisphosphate is an irreversible step, and so is used to irreversibly target the glucose 6-phosphate breakdown to provide energy for ATP production via glycolysis.

Storage as glycogen 

If blood glucose levels are high, the body needs a way to store the excess glucose.  After being converted to G6P, the molecule can be turned into glucose 1-phosphate by phosphoglucomutase.  Glucose 1-phosphate can then be combined with uridine triphosphate (UTP) to form UDP-glucose, driven by the hydrolysis  of UTP, releasing phosphate.  Now, the activated UDP-glucose can add to a growing glycogen molecule with the help of glycogen synthase.  This is a very efficient storage mechanism for glucose since it costs the body only 1 ATP to store the 1 glucose molecule and virtually no energy to remove it from storage.  It is important to note that glucose 6-phosphate is an allosteric activator of glycogen synthase, which makes sense because when the level of glucose is high the body should store the excess glucose as glycogen.  On the other hand, glycogen synthase is inhibited when it is phosphorylated by protein kinase during times of high stress or low levels of blood glucose, via hormone induction by glucagon or adrenaline.

When the body needs glucose for energy, glycogen phosphorylase, with the help of an orthophosphate, can cleave away a molecule from the glycogen chain.  The cleaved molecule is in the form of glucose 1-phosphate, which can be converted into G6P by phosphoglucomutase.  Next, the phosphoryl group on G6P can be cleaved by glucose 6-phosphatase so that a free glucose can be formed.  This free glucose can pass through membranes and can enter the bloodstream to travel to other places in the body.

Dephosphorylation and release into bloodstream 

Liver cells express the transmembrane enzyme glucose 6-phosphatase in the endoplasmic reticulum. The catalytic site is found on the lumenal face of the membrane, and removes the phosphate group from glucose 6-phosphate produced during glycogenolysis or gluconeogenesis. Free glucose is transported out of the endoplasmic reticulum via GLUT7 and released into the bloodstream via GLUT2 for uptake by other cells. Muscle cells lack this enzyme, so myofibers use glucose 6-phosphate in their own metabolic pathways such as glycolysis. Importantly, this prevents myocytes from releasing glycogen stores they have obtained into the blood.

See also
 Glucose
 Glucose 1-phosphate
 Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency
 Glycogen
 Pentose phosphate pathway

References

Bibliography 
 

Organophosphates
Monosaccharide derivatives
Phosphate esters
Glycolysis
포도당 6-인산() 또는 글루코스 6-인산은 6번 탄소에 인산기가 있는 포도당 유도체이다. 로비슨 에스터(Robison ester)라고도 하며, 줄여서 G6P라고도 한다. 세포로 들어가는 포도당의 대부분은 인산화되기 때문에 포도당 6-인산은 세포에 매우 흔하다.

세포 내 대사 과정에서 포도당 6-인산이 가지는 중요성으로 인해, 포도당 6-인산은 다양한 대사적인 운명을 가지고 있다. 포도당 6-인산은 두 가지 주요 대사 경로(해당과정과 오탄당 인산 경로)의 시작점이다. 이 두 가지 대사 경로외에도 포도당 6-인산은 저장을 위해 글리코젠 또는 녹말로 전환될 수 있다. 대부분의 다세포 동물들은 간과 근육에 글리코젠의 형태로 에너지를 저장하고 다른 생물들은 세포 내에 녹말 또는 글리코젠의 과립 형태로 에너지를 저장한다.

생성

포도당으로부터 

세포 내에서 포도당 6-인산은 포도당 6번 탄소의 인산화에 의해 생성된다. 이 반응은 대부분의 세포에서 헥소키네이스에 의해 촉매되며, 고등 동물에서 특정 세포 특히 간세포에서는 글루코키네이스에 의해 촉매된다. 이 반응에서 1분자의 ATP가 소비된다.

포도당을 즉시 인산화하는 주된 이유는 세포 밖으로 포도당이 확산되어 나가는 것을 방지하기 위한 것이다. 인산화는 전하를 띤 인산기를 붙여서 포도당 6-인산이 세포막을 쉽게 통과하지 못하도록 한다.

글리코젠으로부터 
포도당 6-인산은 글리코젠 분해 과정에서 글리코젠 중합체 분해의 첫 번째 산물인 포도당 1-인산으로부터 생성된다.

오탄당 인산 경로 

NADP+ : NADPH의 비율이 증가하면, 신체는 NADPH(지방산 합성과 적혈구에서 글루타티온의 환원과 같은 몇 가지 반응에 대한 환원제)를 더 많이 생성해야할 필요가 있음을 인식한다. 이것은 포도당 6-인산 탈수소효소에 의해 포도당 6-인산이 탈수소화되는 것을 야기한다. 이러한 비가역적인 반응은 다른 분자의 합성을 위한 탄소 공급원인 리불로스 5-인산뿐만 아니라 유용한 보조 인자인 NADPH를 생성하는 오탄당 인산 경로의 첫 번째 반응이다. 또한 신체가 성장과 합성을 위해 DNA의 뉴클레오타이드 전구물질을 필요로 한다면 포도당 6-인산은 탈수소화되어서 오탄당 인산 경로로 들어간다.

해당과정 

세포가 합성을 위해 에너지 또는 탄소 골격을 필요로 한다면 해당과정의 포도당 6-인산이 표적이 된다. 포도당 6-인산은 먼저 포스포헥소스 이성질화효소에 의해 과당 6-인산으로 이성질화된다.

글리코젠으로 저장 
혈당량이 높으면 신체는 과도한 양의 포도당을 저장한다. 포도당은 헥소키네이스에 의해 포도당 6-인산으로 전환되고, 포도당 6-인산은 포스포글루코뮤테이스에 의해 포도당 1-인산으로 전환된다. 포도당 1-인산과 UTP는 UDP-포도당 피로포스포릴레이스(UDP-glucose pyrophosphorylase)에 의해 UDP-포도당과 피로인산(PPi)으로 전환된다. 활성화된 UDP-포도당은 글리코젠 생성효소(glycogen synthase)에 의해 생성되는 글리코젠 분자의 비환원 말단에 새롭게 추가될 수 있다. 이것은 포도당을 매우 효율적으로 저장하는 메커니즘으로 1분자의 포도당을 저장하는데 1분자의 ATP만을 사용하고, 글리코젠에서 다시 포도당으로 분해하는데 거의 에너지가 필요치 않기 때문이다. 포도당 6-인산은 글리코젠 생성효소의 다른 자리 입체성(allosteric) 활성인자이며, 포도당의 양이 많을 때 신체는 과량의 포도당을 글리코젠으로 저장해야 하기 때문에 의미가 있으며 중요하다. 한편 글루카곤 또는 에피네프린에 의한 호르몬 유도를 통해 높은 스트레스나 저혈당인 상태에서 단백질 키네이스에 의해 인산화될 때 글리코젠 생성효소는 저해된다.

신체가 에너지 생산을 위해 포도당을 필요로 할 때, 인산의 도움으로 글리코젠 포스포릴레이스(glycogen phosphorylase)는 글리코젠 사슬에서 포도당을 분리할 수 있다. 글리코젠 사슬에서 분해된 분자는 포도당 1-인산의 형태이며, 포도당 1-인산은 포스포글루코뮤테이스에 의해 포도당 6-인산으로 전환될 수 있다. 다음으로 포도당 6-인산의 인산기는 포도당 6-포스파테이스(glucose-6-phosphatase)에 의해 분해되며, 유리된 포도당이 형성될 수 있다. 이렇게 유리된 포도당은 세포막을 통과하여 혈류로 들어가 신체의 다른 부위로 운반될 수 있다.

탈인산화와 혈류로 방출 
간세포는 소포체에서 막관통 효소인 포도당 6-포스파테이스(glucose-6-phosphatase)를 발현시킨다. 포도당 6-포스파테이스의 촉매 부위는 소포체의 내강 쪽에 있으며, 글리코젠 분해 또는 포도당신생합성 과정동안 생성된 포도당 6-인산에서 인산기를 제거한다. 포도당은 GLUT7을 통해 소포체 밖으로 운반되고, GLUT2를 통해 혈류로 방출되어 다른 세포에 흡수된다. 근육세포는 포도당 6-포스파테이스가 없기 때문에, 글리코젠 분해로 인해 생성된 포도당 6-인산을 포도당으로 전환할 수 없다. 따라서 근육세포에 저장된 글리코젠은 혈당량을 높이는데 기여하지 않는다.

같이 보기 

 포도당
 포도당 1-인산
 포도당 6-인산 탈수소효소 결핍증
 글리코젠
 오탄당 인산 경로

각주 

 

유기 인산염
단당류 유도체
해당
인산 에스터