Биосинтез глюкозы и других углеводов из более простых предшественников является в количественном отношении наиболее важным биосинтетическим процессом в биосфере.

Растения образуют огромные количества гексоз из углекислого газа и воды, а гексозы, в свою очередь, превращаются в крахмал, целлюлозу и другие полисахариды.

Превращение глюкозы в пировиноградную кислоту, катализируемое ферментами гликолиза (первый этап дыхания), является центральным путем катаболизма углеводов.

Превращение пировиноградной кислоты в глюкозу является наиболее важным путем биосинтеза моно и полисахаридов в процессах обмена веществ в клетке.

В этот центральный биосинтетический путь вливаются два главных "питающих" пути начинающихся с двух различных наборов неуглеводных предшественников:

первый состоит из ряда реакций, посредством которых промежуточные продукты цикла Кребса превращаются в пировиноградную кислоту.

Этот процесс называют глюконеогенезом.

второй состоит из реакций, приводящих к восстановлению углекислого газа до глюкозы, т.е. реакции цикла Кальвина.

Образование глюкозо-6-фосфата в центральном пути биосинтеза приводит к последующему появлению:

свободной глюкозы,

запасных полимерных сахаридов (крахмала у растений, гликогена у грибов, гетеротрофных бактерий и животных организмов),

других моносахаридов и их производных,

дисахаридов и олигосахаридов,

компонентов клеточной стенки и клеточной оболочки (целлюлозы, ксиланов, муреина, мукополисахаридов).

Синтез полисахаридов происходит в процессе трансгликозидирования, т.е. реакций переноса гликозидных остатков с участием ферментов гликозилтрансфераз.

Например, в основе синтеза сахарозы лежат следующие реакции:

АТФ + УДФ (уридиндифосфат) Û УТФ + АДФ

УТФ + глюкозо-1-фосфат Û УДФГ (уридиндифосфатглюкоза) + Н₄Р₂О_7, УДФГ + фруктоза Û сахароза + УДФ.

Нуклеозиддифосфатсахара играют большую роль в биосинтезе крахмала. Основная реакция при синтезе крахмала выглядит следующим образом:

УДФГ + "затравка" (полисахарид из 3-4 остатков глюкозы) ® УДФ + крахмал

Основной фермент в этой повторяющейся много раз реакции при создании разветвленной многоцепочечной молекулы крахмала - крахмалглюкозилтрансфераза.

Часто более активным соединением при синтезе крахмала является не УДФГ, а АДФГ (адениндифосфатглюкоза).

Углеводы в растительном организме служат основным питательным и скелетным материалом клеток и тканей растения. В прорастающих тканях сложные запасные вещества распадаются на более простые. Процесс распада крахмала на олигосахариды и моносахариды, жиров на жирные кислоты и глицерин, белков на аминокислоты - относится к гидролитическому типу и проходит с присоединением воды.

Превращение крахмала по гидролитическому типу в простые сахара происходит под воздействием фермента амилазы. Количество амилазы в проростке гораздо выше, чем в покоящемся семени. Осахаривание крахмала в эндосперме идет до конце только в контакте с растущим побегом, использующим сахар, образующийся при гидролизе.

Второй путь расщепления крахмала по фосфоролитическому типу осуществляется под действием фермента фосфорилазы. При этом глюкоза переносится на неорганический фосфат, в результате чего образуется глюкозо-1-фосфат, включающийся затем в различные циклы синтеза углеводов.

Ключевыми звеньями в обмене углеводов являются пировиноградная кислота и глюкозо-1-фосфат или глюкозо-6-фосфат. Через пировиноградную кислоту осуществляется переход от метаболизма углеводов к метаболизму других органических веществ.