Wie kommt es zur Glykolyse?

Glykolyse ist der universelle biochemische Prozess, der einen Nährstoff (den Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen) umwandelt Glucose) in nutzbare Energie (ATP oder Adenosintriphosphat). Die Glykolyse findet im Zytoplasma aller lebenden Zellen statt und wird durch eine Flut spezifischer glykolytischer Enzyme im Fluss gehalten.

Während die Energieausbeute der Glykolyse Molekül für Molekül weitaus geringer ist als die aus der aeroben Atmung gewonnene – zwei ATP pro Glukosemolekül, die allein für die Glykolyse verbraucht werden, vs. 36 bis 38 für alle Reaktionen der Zellatmung zusammen – sie ist dennoch eine der allgegenwärtigsten der Natur und zuverlässige Prozesse in dem Sinne, dass alle Zellen sie nutzen, auch wenn nicht alle ihre Energie allein darauf verlassen können braucht.

Die Glykolyse ist ein anaerober Prozess, das heißt, sie benötigt keinen Sauerstoff. Achten Sie darauf, "anaerob" nicht mit "kommt nur bei anaeroben Organismen vor" zu verwechseln. Glykolyse kommt im Zytoplasma von sowohl prokaryontischen als auch eukaryontischen Zellen vor.

Es beginnt, wenn Glukose, die die Formel C. hat,₆H₁₂Ö₆ und einer Molekularmasse von 180,156 Gramm, diffundiert durch die Plasmamembran entlang ihres Konzentrationsgradienten in eine Zelle.

Wenn dies geschieht, wird der Glukose-Kohlenstoff Nummer sechs, der sich außerhalb des primären hexagonalen Rings des Moleküls befindet, sofort phosphoryliert (d. h. es ist eine Phosphatgruppe daran gebunden). Die Phosphorylierung von Glukose macht das Molekül Glukose-6-Phosphat (G6P) elektrisch negativ und fängt es so im Zellinneren ein.

Nach weiteren neun Reaktionen und einem Energieaufwand erscheinen die Produkte der Glykolyse: zwei Moleküle Pyruvat (C₃H₈Ö₆) plus ein Paar Wasserstoffionen und zwei Moleküle NADH, ein "Elektronenträger", der bei den "downstream"-Reaktionen der aeroben Atmung, die in den Mitochondrien ablaufen, entscheidend ist.

Die Nettogleichung für die Reaktionen der Glykolyse kann wie folgt geschrieben werden:

C₆H₁₂Ö₆ + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD⁺→ 2 C₃H₄Ö₃ + 2 H⁺ + 2 NADH + 2 ATP

Pi steht hier für freies Phosphat und ADP steht für Adenosindiphosphat, das Nukleotid, das als direkter Vorläufer der meisten ATP im Körper dient.

Nachdem G6P im ersten Schritt der Glykolyse unter der Leitung des Enzyms gebildet wurde Hexokinase, wird das Molekül ohne Verlust oder Gewinn von Atomen zu Fructose-6-Phosphat, einem anderen Zuckerderivat, umgelagert. Dann wird das Molekül erneut phosphoryliert, diesmal am Kohlenstoff Nummer 1. Das Ergebnis ist Fructose-1,6-biphosphat (FBP), ein doppelt phosphorylierter Zucker.

Während dieser Schritt ein ATP-Paar als Quelle der hier auftretenden Phosphorylierungen erfordert, sind diese in der Abbildung nicht dargestellt Gesamt-Glykolyse-Gleichung, weil sie durch zwei der vier ATP, die im zweiten Teil von gebildet werden, aufgehoben werden Glykolyse. Somit bedeutet die Nettoproduktion von zwei ATP wirklich einen anfänglichen "Buy-in" von zwei ATP, um am Ende des Prozesses insgesamt vier ATP zu produzieren.

Das zweifach phosphorylierte FBP mit sechs Kohlenstoffatomen wird in ein Paar von einfach phosphorylierten Molekülen mit drei Kohlenstoffatomen gespalten, von denen sich eines schnell in das andere umlagert. Somit beginnt der zweite Teil der Glykolyse mit der Produktion eines Paares von Glyceraldehyd-3-Phosphat (GA3P)-Molekülen.

Wichtig ist, dass sich alles, was ab diesem Zeitpunkt passiert, in Bezug auf die Gesamtreaktion verdoppelt. Da jedes GA3P-Molekül systematisch zu Pyruvat umgelagert wird, was zur Produktion von zwei ATP und einem NAD führt, steigt die Gesamtzahl also um das Doppelte. Am Ende der Glykolyse stehen zwei Pyruvate bereit, um in Richtung der Mitochondrien geschickt zu werden, solange Sauerstoff vorhanden ist.

• Bei Sauerstoffmangel, wie bei intensivem Training, Fermentation tritt ein. Das Pyruvat wird in Laktat umgewandelt, das genügend NAD+ erzeugt, um die Glykolyse fortzusetzen.