Einkohlenstoff-Zyklus, ein Zyklus der Methylübertragung und Methyloxidation, an dem Glycin, Sarcosin, Dimethylglycin, Betain und Cholin beteiligt sind. Er wurde erstmals 1958 aufgrund der Beobachtung vorgeschlagen, dass Dimethylglycin und Sarcosin durch Rattenlebermitochondrien oxidiert werden [Mackenzie u. Frisell, J. Biol. Chem. 232 (1958) 417-427]. Die Existenz eines E.-Z. ist mittlerweile erwiesen. An diesem Zyklus ist die Cholinoxidation in den Mitochondrien und die Phosphatidylcholinsynthese im endoplasmatischen Reticulum beteiligt (Abb. 2). [A.J. Wittwer u. C. Wagner J. Biol. Chem. 256 (1981) 4.102-4.108, 4.109-4.115]
Die Dehydrierung von Sarcosin und Dimethylglycin ist eng mit der Umwandlung von Glycin in Serin über den Zyklus zur Verwendung und Regenerierung von N^5,10-CH₂-THF beteiligt. Sarcosin und Dimethylglycin, die aus Rattenleber isoliert wurden, besitzen ein fest (jedoch nichtkovalent) gebundenes THF-Derivat mit einer Kette aus fünf Glutamatresten. Dieses THF(Glu)₅ tritt möglicherweise an die Stelle von THF in den unten gezeigten Reaktionen. Bei Abwesenheit von THF findet die Oxidation von Dimethylglycin und Sarcosin weiterhin statt, die Produkte sind jedoch Glycin und Formaldehyd. Diese werden möglicherweise durch Hydrolyse der enzymgebundenen Oxidationsprodukte gebildet (Abb. 1)

Abb. 1. Einkohlenstoff-Zyklus.
*Das FAD der Sarcosin- und der Dimethylglycin-Dehydrogenase ist kovalent gebunden, Position 8α des Isoalloxazinrings ist mit dem Imidazol (N3) des Histidinrests verknüpft. [R.J. Cook et al. J. Biol. Chem. 260 (1985) 12.998-13.002].

Weitere Produkte sind CO₂ und Formiat, die durch den Abbau von THF-Derivaten entstehen, die keinen Beitrag zur Umwandlung von Glycin in Serin leisten

Abb. 2. Einkohlenstoff-Zyklus.
Enzyme: EC 1.2.1.1, Formaldehyd-Dehydrogenase; EC 1.5.1.5, Methylen-THF-Dehydrogenase (NADP⁺); EC 1.5.1.6, Formyl-THF-Dehydrogenase; EC 3.5.4.9, Methylen-THF-Cyclohydrolase.