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Kurs: Biologie Bibliothek > Lerneinheit 12
Lektion 3: GlykolyseGlykolyse
Google ClassroomDie Glykolyse ist der erste Schritt beim Abbau von Glukose, um Energie für den Zellstoffwechsel zu gewinnen. Die Glykolyse besteht aus einer Energie benötigenden Phase, gefolgt von einer Energie freisetzenden Phase.
Einführung
Angenommen, wir geben sowohl dir als auch Lactobacillus acidophilus, das nette Bakterium, das Milch in Joghurt umwandelt, ein Glukosemolekül. Was würdest du und das Bakterium jeweils mit euren Glukosemolekülen machen?
Insgesamt würde sich der Stoffwechsel der Glukose in einer deiner Zellen ziemlich von dem in Lactobacillus unterscheiden – schau dir den Artikel zur Gärung für weitere Details an. Die ersten Schritte wären jedoch in beiden Fällen gleich: Sowohl du als auch das Bakterium müssten das Glukosemolekül in zwei Teile teilen, was in der Glykolyse geschieht.
Was ist Glykolyse?
Die Glykolyse umfasst eine Reihe von Reaktionen, die Energie aus der Glukose gewinnen, indem sie sie in zwei Moleküle mit jeweils drei Kohlenstoffatomen, die Pyruvate, spalten. Die Glykolyse ist ein alter Stoffwechselweg, das heißt, dass er vor langer Zeit entwickelt wurde und in den meisten der heute lebenden Organismus vorhanden ist.
In Organismen, die Zellatmung durchführen, ist die Glykolyse die erste Phase dieses Prozesses. Die Glykolyse erfordert jedoch keinen Sauerstoff, und viele anaerobe Organismen - Organismen, die keinen Sauerstoff verwenden - besitzen ebenfalls diesen Weg.
Highlights der Glykolyse
Die Glykolyse besteht aus zehn Schritte und je nach deinen Interessen – und den Kursen, die du belegt hast – möchtest du vielleicht alle Schritte im Detail kennen. Vielleicht suchst du aber auch nur noch einer Kurzzusammenfassung der Glykolyse, welche die wichtigsten Schritte und Grundsätze hervorhebt, ohne das Schicksal jeden einzelnen Atoms zu verfolgen. Beginnen wir mit einer vereinfachten Version des Stoffwechselwegs, der genau das tut.
Die Glykolyse findet im Cytosol einer Zelle statt und kann in zwei Hauptphasen unterteilt werden: die Energie benötigende Phase oberhalb der gestrichelten Linie im Bild unten und die Energie freisetzende Phase unterhalb der gestrichelten Linie.
- Energie benötigende Phase. In dieser Phase wird das Ausgangsmolekül Glukose neu angeordnet und zwei Phosphatgruppen daran gebunden. Die Phosphatgruppen machen den veränderten Zucker – jetzt Fructose-1,6-bisphosphat genannt – instabil, sodass er sich halbieren und zwei Phosphat-tragende Zucker aus jeweils drei Kohlenstoffatomen bilden kann. Da die in diesen Schritten verwendeten Phosphate von
Die Zucker mit den jeweils drei Kohlenstoffatomen, die gebildet werden, wenn sich der instabile Zucker teilt, unterscheiden sich voneinander. Nur einer der beiden – das Glycerinaldehyd-3-phosphat – kann im folgenden Schritt weiterverarbeitet werden. Jedoch kann der ungünstige Zucker,
- Energie freisetzende Phase. In dieser Phase wird der Zucker mit den drei Kohlenstoffatomen durch eine Reihe von Reaktionen in ein anderes Molekül mit drei Kohlenstoffatomen, das Pyruvat, umgewandelt. In diesen Reaktionen werden zwei Moleküle
Jede Reaktion in der Glykolyse wird durch ein eigenes Enzym katalysiert. Das wichtigste Enzym für die Regulierung der Glykolyse ist die Phosphofructokinase, die die Bildung des instabilen Zuckermoleküls mit den zwei Phosphatgruppen, Fructose-1,6-bisphosphat, katalysiert.
Insgesamt wird bei der Glykolyse ein Molekül mit sechs Kohlenstoffatomen in zwei Pyruvat-Moleküle mit drei Kohlenstoffatomen umgewandelt. Die Netto-Produkte dieses Prozesses sind zwei Moleküle
Schritte im Detail: Energie benötigende Phase
Wir haben bereits gesehen, was auf breiter Ebene während der Energie benötigenden Phase der Glykolyse passiert. Zwei
Als nächstes werden wir uns die einzelnen Schritte genauer ansehen. Jeder Schritt wird durch sein eigenes spezifisches Enzym katalysiert, dessen Name unterhalb des Reaktionspfeils in der Abbildung unten angegeben ist.
Schritt 1. Eine Phosphatgruppe wird von
Schritt 2. Glukose-6-phosphat wird in ihr Isomer Fructose-6-phosphat umgewandelt.
Schritt 3. Eine Phosphatgruppe wird von
Schritt 4. Fructose-1,6-bisphosphat spaltet sich unter Bildung von zwei Zuckern mit jeweils drei Kohlenstoffatomen: Dihydroxyacetonphosphat (
Schritt 5.
Schritte im Detail: Energie freisetzende Phase
In der zweiten Hälfte der Glykolyse durchlaufen die in der ersten Hälfte des Prozesses gebildeten Zucker mit drei Kohlenstoffatomen eine Reihe weiterer Umwandlungen und werden schließlich zu Pyruvat. Dabei werden vier
Jetzt werden wir uns die Reaktionen genauer anschauen, die zu diesen Produkten führen. Die unten gezeigten Reaktionen laufen zweimal für jedes Glukosemolekül ab, da sich eine Glukose in zwei Moleküle mit jeweils drei Kohlenstoffatomen spaltet, die beide schließlich den Stoffwechselweg durchlaufen.
Schritt 6. Zwei halbe Reaktionen laufen gleichzeitig ab: 1) Glycerinaldehyd-3-phosphat (einer der in der Anfangsphase gebildeten Zucker mit drei Kohlenstoffatomen) wird oxidiert und 2)
Schritt 7. 1,3-Bisphosphoglycerat gibt eine seiner Phosphatgruppen an
Schritt 8. 3-Phosphoglycerat wird in sein Isomer 2-Phosphoglycerat umgewandelt.
Schritt 9. 2-Phosphoglycerat gibt ein Molekül Wasser ab und wird zu Phosphoenolpyruvat (
Schritt 10.
Was passiert mit Pyruvat und
Am Ende der Glykolyse bleiben zwei
Was passiert mit dem
Die Glykolyse benötigt
Es gibt zwei grundlegende Möglichkeiten, dies zu erreichen. Wenn Sauerstoff vorhanden ist, kann
Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, können Zellen andere, einfachere Wege verwenden, um
Gärung ist eine primäre Stoffwechselstrategie für viele Bakterien – einschließlich unseres Freundes aus der Einleitung, Lactobacillus acidophilus.
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