Glykolyse ist der erste Schritt aller lebenden Zellen, um einem Nährstoffmolekül (in diesem Fall Glucose, ein Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen). In einigen Zellen, insbesondere denen von Prokaryoten, es ist auch der letzte Schritt, da diese Zellen nicht dafür ausgestattet sind, die Zellatmung (Glykolyse plus die folgenden aeroben Reaktionen bei Eukaryoten) vollständig durchzuführen.
Glykolyse findet im Zytoplasma von Zellen statt und führt zu einem Nettogewinn von zwei ATP (Adenosintriphosat, das Nukleotid, das Zellen für ihren Energiebedarf verwenden).
Es gibt insgesamt 10 Glykolyseschritte, aber Sie müssen sich nicht alle 10 und die dazugehörigen Enzyme merken, um den Stoffwechselweg als Ganzes zu verstehen. Wichtiger als die wortwörtliche Kenntnis der Reaktionsreihen ist die Kenntnis der Reaktionspartner, der Produkte und der Bedingungen, unter denen die Glykolyse abläuft.
Glykolyse vs. Zellatmung
Frage: Welche der folgenden sind Produkte von Zellatmung?
EIN. Glucose; B. Pyruvat; C. Kohlendioxid; D. Acetyl-CoA
Die Antwort ist C, nur Kohlendioxid. Glukose ist ein Reaktant von Zellatmung (und der Glykolyse, der erste Schritt), während die anderen Zwischenprodukte auf dem Weg zur Gewinnung von insgesamt 36 bis 38 ATP aus Glucose sind, solange Sauerstoff vorhanden ist. Pyruvat ist ein Produkt von Glykolyse; Acetyl-CoA wird aus Pyruvat in den Mitochondrien hergestellt, wo es dann in den Krebs-Zyklus eintritt.
Reaktanten der Glykolyse
Glukose, mit der Formel C6H12Ö6, hat in seinem Zentrum einen sechsatomigen hexagonalen Ring, der fünf Kohlenstoffatome und ein Sauerstoffatom enthält. Zu Beginn der Glykolyse ist es der einzige Reaktant in der Mischung. Unterwegs werden jedoch Phosphatgruppen für die Phosphorylierungsschritte (d. h. die Addition von Phosphatgruppen an Glucosederivate) benötigt.
Außerdem erfordern die Reaktionen die Eingabe von zwei Molekülen NAD+, das während der Glykolyse in seine hydrierte (reduzierte) Form umgewandelt wird.
Die ersten Schritte der Glykolyse: Investitionsphase
Glucose wird phosphoryliert, wenn sie durch Diffusion durch die Plasmamembran in eine Zelle eintritt. Es wird dann zu einem Fructose-Derivat umgelagert und dann ein zweites Mal phosphoryliert, um zu ergeben Fructose-1,6-biphosphat. Diese beiden Phosphorylierungsreaktionen erfordern die Zufuhr von zwei ATP, das zu ADP (Adenosindiphosphat) hydrolysiert wird, um dies zu ermöglichen.
Am Ende dieser Phase wird das Sechs-Kohlenstoff-Molekül in ein Paar von Drei-Kohlenstoff-Molekülen gespalten. Daher müssen die Reaktanden und Produkte in jedem Schritt, der von diesem Punkt an aufgeführt wird, verdoppelt werden, um eine ordnungsgemäße Bilanzierung der Glykolyse als Ganzes zu gewährleisten.
Die letzten Schritte der Glykolyse: Rückkehrphase
Während der zweite Teil der Glykolyse im Gange ist, werden zwei Drei-Kohlenstoff-Moleküle von Glycerinaldehyd-3-phosphat verwandeln sich in Pyruvat (C3H4Ö3) in einer Reihe von Schritten. All dies beinhaltet Umordnungen, und eine davon beinhaltet noch eine andere Phosphorylierung Schritt.
Auch in der Rückkehrphase werden zwei Moleküle NAD+ (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, ein Elektronenträger, der später bei den Reaktionen der aeroben Atmung benötigt wird) werden in zwei NADH und zwei H. umgewandelt+ (ein Wasserstoffion).
Am Ende werden die beiden Phosphatgruppen an jedem der beiden Drei-Kohlenstoff-Moleküle zur Herstellung von ATP verwendet, was bedeutet, dass in dieser Phase vier ATP erzeugt werden. Zieht man die beiden in der Investitionsphase benötigten ATP ab, ergibt sich, dass insgesamt a zwei ATP werden während der Glykolyse aus einem Glukosemolekül gewonnen.
Produkte der Glykolyse
Die vollständige (Netto-)Reaktion der Glykolyse wird in verschiedenen Quellen unterschiedlich aufgeführt, aber diese Unterschiede sind eine Frage der Entscheidung des Autors, ob bestimmte Zwischenprodukte als Teil der Nettoreaktion. Eine genaue Darstellung ist
C6H12Ö6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD → 2 C3H4Ö6 + 2 ATP + 2 H+ + 2 NADH
Pi ist hier anorganisches Phosphat, das aus der oben erwähnten Hydrolyse von ATP stammt.
Wohin gehen Glykolyseprodukte?
Das Pyruvat gelangt dann in die Mitochondrien, wo es in Acetyl-CoA umgewandelt wird. Dieses Molekül tritt in den Krebs-Zyklus der aeroben Atmung ein und schließlich nach den Reaktionen der Elektronentransportkette, 36 bis 38 ATP werden bei der Zellatmung aus einem Glukosemolekül gebildet, einschließlich der beiden ATP aus der Glykolyse.