Glycolyse is de 10-staps metabole ademhaling van de suikerglucose. Het doel van glycolyse is om chemische energie op te leveren voor gebruik door een cel. Wetenschappers beschouwen glycolyse als een oude ademhalingsroute omdat het kan plaatsvinden in afwezigheid van zuurstof, dat is hoe het het voortbestaan van primitieve anaërobe bacteriën die dateren van vóór de zuurstof van de aarde mogelijk zou maken atmosfeer.
Glycolyse vereist specifieke ingrediënten om te werken. De inputs van glycolyse omvatten een levende cel, enzymen, glucose en de energieoverdrachtsmoleculen nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) en adenosine trifosfaat (ATP).
Lees meer over wat glycolyse is.
Wat is het doel van glycolyse?
Glycolyse wordt gebruikt en is aanwezig in bijna elk levend organisme op aarde. Er wordt aangenomen dat dit een van de eerste metabole routes is die op aarde ontstaan, omdat er geen zuurstof voor nodig is, wat in de vroege atmosfeer niet direct beschikbaar was.
Glycolyse is de eerste stap in de metabole routes van veel organismen die suiker opnemen en omzetten in bruikbare cellulaire energie. Met behulp van een combinatie van alle inputs van glycolyse, verandert dit proces één 6-koolstofsuiker in 2 pyruvaat-, 2 ATP- en 2 NADH-moleculen, allemaal waarvan vervolgens worden gebruikt in verdere metabole routes zoals de Kreb-cyclus, fermentatie, oxidatieve fosforylering en/of cellulaire ademhaling.
Lees meer over het eindresultaat van glycolyse.
Zes-koolstofsuiker
De basisinput voor glycolyse is suiker. Normaal gesproken is de gebruikte suiker glucose, maar enzymen kunnen andere suikers met zes koolstofatomen omzetten, zoals galactose en fructose, in intermediaire stoffen die de glycolyseroute stroomafwaarts van het startpunt voor glucose.
Planten en andere autotrofen creëren glucose tijdens fotosynthese met behulp van zonne-energie en koolstofdioxide. Heterotrofen moeten hun suiker opnemen door planten, autotrofen en andere voedselbronnen te eten. De suiker is direct beschikbaar in een breed scala aan voedingsmiddelen of als zetmeel en cellulose, die worden afgebroken tot glucose. Glucose lost op in water en kan met behulp van enzymen gemakkelijk in of uit een cel worden getransporteerd, afhankelijk van de relatieve concentraties aan weerszijden van een celmembraan.
Enzymen
Enzymen zijn eiwitten die fungeren als katalysatoren voor biochemische reacties. Enzymen verlagen de energie die nodig is om een reactie op gang te brengen zonder door het proces te worden verbruikt. Glucosetransporter-enzymen helpen cellen glucose te importeren.
Het eerste enzym in de glycolyseroute is hexokinase, dat glucose omzet in glucose-6-fosfaat (G6P). Deze eerste stap put de glucoseconcentratie van de cel uit, waardoor extra glucose in de cel kan diffunderen. Het G6P-product diffundeert niet gemakkelijk uit de cel, dus hexokinase sluit in feite een glucosemolecuul op voor gebruik door de cel. Negen andere enzymen nemen deel aan glycolyse, waarvan er één in elke stap van het proces wordt gebruikt.
ATP
ATP is een co-enzym dat chemische energie in cellen opslaat, transporteert en afgeeft. Een ATP-molecuul bevat drie fosfaatgroepen, elk vastgehouden door een hoogenergetische binding. ATP levert chemische energie op wanneer enzymen een of meer fosfaatgroepen verwijderen. In de omgekeerde reactie gebruiken enzymen energie bij het toevoegen van fosfaten aan voorlopers, wat resulteert in de productie van ATP.
Glycolyse vereist twee ATP-moleculen om op gang te komen, maar produceert in de laatste stap vier ATP's, wat een netto-opbrengst van twee ATP's oplevert.
NAD+
NAD+ is een oxiderend co-enzym dat elektronen en protonen van andere moleculen accepteert, waardoor de gereduceerde vorm NADH ontstaat. In de omgekeerde reactie werkt NADH als een reductiemiddel dat elektronen en protonen doneert wanneer het weer wordt geoxideerd tot NAD+. NAD+ en NADH worden gebruikt in verschillende biochemische routes, waaronder glycolyse, waarvoor een oxidatie- of reductiemiddel nodig is.
Glycolyse vereist twee moleculen NAD+ per glucosemolecuul, waarbij twee NADH's worden geproduceerd, evenals twee waterstofionen en twee moleculen water. Het eindproduct van glycolyse is pyruvaat, dat de cel verder kan metaboliseren om een grote hoeveelheid extra energie op te leveren.