Die Glykolyse ist die erste Stufe des allgemeinen Stoffwechselprozesses, der als aerobe Atmung bekannt ist. Aerobe Atmung versorgt die Zellen mit der Energie, die sie benötigen, um alle lebenswichtigen Funktionen zu erfüllen. Die Glykolyse tritt im Zytoplasma einer Zelle auf und ist eine Reihe chemischer Reaktionen, die darauf abzielen, Glukosemoleküle in einfachere Substanzen zu zersetzen.
Eines der wichtigsten Produkte der Glykolyse sind die Moleküle der Adenosintriphosphorsäure (ATP). ATP ist die universelle Energiewährung einer Zelle. Es liefert Energie für die Synthese und den Transport von Substanzen, die Muskelkontraktion, die Übertragung von Nervenimpulsen und viele andere Prozesse.
Als Ergebnis der Glykolyse werden 4 ATP-Moleküle gebildet. Durch chemische Reaktionen wird Glukose in zwei Pyruvatsäuremoleküle zerlegt, wobei 2 ATP-Moleküle gebildet werden. Außerdem werden bei der Glykolyse 2 ATP-Moleküle für die anfängliche Aktivierung und den Abbau von Glukose verbraucht. Als Ergebnis führt der sehr energieintensive Prozess der Glykolyse zur Bildung von 4 ATP-Molekülen, die von der Zelle weiter verwendet werden können, um die notwendigen Funktionen auszuführen.
Wie viele ATP-Moleküle bilden sich
Die Glykolyse besteht aus zehn Reaktionen, bei denen Glukose oxidiert wird und zwei Pyruvataldehydmoleküle gebildet werden. Zunächst wird jedoch in der Glykolyse Energie in Form von zwei ATP-Molekülen investiert. Dann werden für jedes Pyruvataldehydmolekül ein ATP-Molekül sowie ein NADN-Molekül (Nicotinamid-Adenindinukleotid) gebildet.
Insgesamt werden durch die Glykolyse vier ATP-Moleküle gebildet - zwei in der Phase der Energieinvestition und zwei in der Phase der Bildung von Pyruvataldehyd.
Als Ergebnis der Glykolyse
- Zwei Pyruvatsäuremoleküle bilden sich in einem Glukosemolekül.
- Der Prozess der Glykolyse findet im Zytoplasma der Zelle statt.
- Ein Glukosemolekül benötigt zwei ATP-Moleküle, das Ergebnis sind jedoch vier ATP-Moleküle.
- Daher werden in reiner Form, ohne Berücksichtigung der Eintrittskosten, als Ergebnis der Glykolyse zwei ATP-Moleküle gebildet.
- Darüber hinaus ist die Glykolyse die Anfangsphase bei der aeroben und anaeroben Energiebildung in der Zelle.
Der Prozess der Glykolyse
1. Phase der Vorbereitungsphase:
- Glukose wird durch einen Hexokinase-Katalysator phosphoryliert. Als Ergebnis wird Glucose-6-Phosphat gebildet.
- Glucose-6-phosphat wird durch Isomerase zu Fructose-6-phosphat isomerisiert.
- Fructose-6-phosphat wird mit Hilfe von Phosphofruktokinase zu Fructose-1,6-bisphosphat phosphoryliert.
2. Phase der Hauptphase:
- Fructose-1,6-bisphosphat wird in zwei Moleküle von Glyceraldehyd-3-phosphat gespalten.
- Glyceraldehyd-3-phosphat wird oxidiert und phosphoryliert und bildet unter Beteiligung von Glyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase ein 1,3-Bisphosphoglyzerat.
- 1,3-Bisphosphoglyzerat wird in ein 3-Phosphoglyzerat umgewandelt, das durch eine Phosphoglyzeratkinase durchgeführt wird.
- 3-Phosphoglyzerat wird in 2-Phosphoglyzerat umgewandelt, die Reaktion erfolgt durch Phosphoglyzeratisemerase.
- 2-Phosphoglyzerat wird unter Beteiligung von Enolase und Pirovatkinase phosphoryliert und oxidiert, um Phosphoenolpiruvat zu bilden.
- Phosphoenolpiruvat wird in eine Brenogradsäure und ein ATP-Molekül umgewandelt, es werden 2 NADH-Moleküle gebildet.
3. Phase der Endphase:
- Die Brenogradsäure wird oxidiert und unter Bildung eines ATP-Moleküls in Milchsäure umgewandelt.
Somit bilden sich als Ergebnis der Glykolyse 2 ATP-Moleküle. Die Glykolyse ist die erste Stufe des gesamten Glukoseoxidationsprozesses, der im zellulären Mitochondrien auftritt und zur Bildung einer Hauptenergiequelle führt - ATP.
Schritte der Glykolyse
- Phosphorylierung. Glukose wird mit Adenosintriphosphat (ATP) phosphoryliert und bildet Glucose-6-Phosphat.
- Isomerisierung. Glucose-6-phosphat wird in Fructose-6-phosphat umgewandelt.
- Phosphorylierung. Fructose-6-phosphat wird erneut mit ATP phosphoryliert und bildet Fructose-1,6-Diphosphat.
- Spaltung. Fructose-1,6-Diphosphat wird in zwei Dreikohlenstoffmoleküle - Glyceraldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat - gespalten.
- Umwandlung von Dihydroxyacetonphosphat in Glyceraldehyd-3-Phosphat. Dihydroxyacetonphosphat wird in Glyceraldehyd-3-phosphat umgewandelt, das zur Bildung von ATP verwendet werden kann.
- Phosphorylierung. Glyceraldehyd-3-phosphat wird oxidiert und mit Hilfe von Glyceraldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase phosphoryliert und bildet ein 1,3-Diphosphoglyzerat.
- Phosphorylierung. 1,3-Diphosphoglyzerat wird mit Hilfe von ADP phosphoryliert und bildet ein 3-Phosphoglyzerat.
- Isomerisierung. 3-Phosphoglyzerat geht in 2-Phosphoglyzerat über.
- Phosphorylierung. 2-Phosphoglyzerat wird mit Hilfe von ADP phosphoryliert und bildet eine 2-Phosphoglyzerinsäure.
- Phosphorylierung. 2-Phosphoglyzerinsäure wird oxidiert und mit Hilfe der Phosphoglyzerin-Kinase phosphoryliert und bildet ein 3-Phosphoglyzerat.
- Der zehnte Schritt der Glykolyse. 3-Phosphoglyzerat geht in 2-Phosphoglyzerinsäure über.
- Phosphorylierung. 2-Phosphoglyzerin-Säure wird mit ATP phosphoryliert und bildet Phosphoenolpiruvat.
- Bildung von ATP. Phosphoenolpiruvat geht in Pyruvat über und bildet gleichzeitig ATP.
Als Ergebnis der Glykolyse werden 2 ATP-Moleküle gebildet, die von der Zelle zur Energiegewinnung verwendet werden können.
Enzyme, die an der Glykolyse beteiligt sind
Für die Glykolyse sind mehrere spezifische Enzyme erforderlich, die aktiv an kaskadierenden Reaktionen der Glukosezersetzung beteiligt sind. Zu den Hauptenzymen, die an der Glykolyse beteiligt sind, gehören:
| Enzym | Funktion |
|---|---|
| Glukokinase | Phosphoryliert Glukose zu Glucose-6-Phosphat |
| Phosphogexozoisomerase | Ändert die Struktur von Glucose-6-Phosphat zu Fructose-6-Phosphat |
| Fructose-1,6-Biphosphatase | Teilt Fructose-1,6-bisphosphat in Glyceraldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat auf |
| Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase | Oxidiert Glyceraldehyd-3-Phosphat auf 1,3-Bisphosphoglyzerat, während es Elektronen und Protonen auf ÜBER+ überträgt |
| Phosphoglyzeratkinase | Wandelt 3-Phosphoglyzerat in 2-phospho-D-Glycerat um und produziert ATP |
| Pyruvatkinase | Wandelt Phosphoenolpiruvat in Pyruvat um und produziert gleichzeitig ATP |
Diese Enzyme spielen eine wichtige Rolle bei der Glykolyse, beschleunigen und steuern den Verlauf von Reaktionen und liefern die Energieproduktion in Form von ATP.
Die Anzahl der in der Glykolyse gebildeten NADG-Moleküle
Während der Glykolyse, der ersten Stoffwechselstufe, wird Glukose oxidiert und in zwei Pyruvat-Moleküle aufgeteilt. Als Ergebnis dieses Prozesses werden auch mehrere Moleküle von Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NAGH) gebildet, die eine wichtige Rolle in den Stoffwechselprozessen des Körpers spielen.
Die Glykolyse beginnt mit der Phosphorylierung von Glukose, wobei 2 ATP-Moleküle verbraucht werden. Die Glukose wird dann in zwei Moleküle von glyceralem Aldehyd-3-Phosphat (HA-3-F) umgewandelt, wobei durch zusätzliche Reaktionen 2 NAGH-Moleküle gebildet werden. Als nächstes wird jedes Molekül von HA-3-F oxidiert und in Pyruvat umgewandelt, wobei 2 NAGH-Moleküle erhalten bleiben. Die Anzahl der erzeugten NAGH-Moleküle in der Glykolyse beträgt 4, da jedes Glukosemolekül 2 Pyruvat-Moleküle erzeugt.
Die durch die Glykolyse gewonnenen NAGH-Moleküle können in weiteren Stoffwechselprozessen des Körpers wie dem Krebszyklus und der Atemkette verwendet werden. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei Oxidationen, Elektronentransport und der Produktion von ATP-Molekülen.
Anaerobe und aerobe Glykolyse
Unter anaeroben Bedingungen, wenn die Zelle nicht genug Sauerstoff erhält, ist die Glykolyse die Hauptenergiequelle. Als Ergebnis der anaeroben Glykolyse werden 2 ATP-Moleküle und 2 Laktatmoleküle gebildet. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien statt, die für ihre Arbeit keinen Sauerstoff benötigen. Die anaerobe Glykolyse ist charakteristisch für viele prokaryotische Organismen und einige eukaryotische Zellen wie Muskeln.
Unter aeroben Bedingungen, wenn eine Zelle genügend Sauerstoff erhält, wird die Glykolyse die erste Stufe der Zellatmung. Bei aerober Glykolyse werden durch die Oxidation von Glukose 30-32 ATP-Moleküle gebildet. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien statt und erfordert Sauerstoff.
Die Anzahl der ATP-Moleküle, die in der Glykolyse gebildet werden
Für eine vollständige oxidative Glykol-Umwandlung von Glukose erfolgt die Synthese von 2 ATP-Molekülen. Bei reversiblen Glykolysereaktionen, die Energiekosten erfordern, werden jedoch auch 2 ATP-Moleküle gebildet. Daher werden 4 ATP-Moleküle in reiner Form als Ergebnis der Glykolyse gebildet.
Es ist erwähnenswert, dass das Hauptziel der Glykolyse darin besteht, Brenogradsäure zu erhalten, und die Energie in Form von ATP ist eine Art «Nebenprodukt» der Glykolyse. Die Erzeugung von Energie in Form von ATP ist die Hauptaufgabe der nachfolgenden Stufen der Glukoseoxidation – des Krebszyklus und der oxidativen Phosphorylierung.
