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Glycolight

Die Glycolyse ist der erste Schritt der sogenannten aeroben Dissimilation. Darunter versteht man die "Veratmung" von Glucose in Anwesenheit von Sauerstoff. Diese aerobe Dissimilation läuft in drei Schritten ab: Im Zellplasma findet die Glycolyse statt, um die es auf dieser Seite geht. In den Mitochondrien laufen dann der Citratzyklus und die Atmungskette ab, die aber im Augenblick für uns nicht wichtig sind.

Das Ziel der Glycolyse ist es, das Glucose-Molekül erst mal in zwei kleinere Bruchstücke zu zerlegen, die dann im Citratzyklus weiter verarbeitet werden. Die Glycolyse geschieht in zwei großen Abschnitten, der Vorbereitungsphase und der Energiegewinnungsphase.

Vorbereitungsphase

Glucose ist an sich schon ein energiereiches Molekül, wie jeder Sportler weiß. Wenn eine sportliche Höchstleistung ansteht, schluckt man oft vorher ein paar Stücke Traubenzucker, weil Glucose sofort ins Blut übergeht und dann von den Zellen zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

Trotzdem - wenn man ein Stück Traubenzucker in der Hand hält, reagiert es nicht ansatzweise mit Sauerstoff - das wäre ja auch schlimm. Man muss erst ein Feuerzeug an den Traubenzucker halten, damit er anfängt zu brennen.

Auch in unseren Zellen muss der Traubenzucker erst aktiviert werden, damit er weiter reagieren kann. Feuerzeuge stehen unseren Zellen nicht zur Verfügung, wohl aber so etwas Ähnliches im Mikroformat: ATP-Moleküle. Mit Hilfe von ATP-Molekülen wird unser Traubenzucker aktiviert - energiereicher gemacht. Hier sehen Sie den ersten Schritt der Glycolyse im Bild:

Eine Phosphatgruppe wird von einem ATP-Molekül auf ein Glucose-Molekül übertragen; übrig bleibt ADP. Einzelheiten hierzu siehe: Schritt 1. Das entstandene Produkt - Glucose-6-phosphat - ist immer noch nicht energiereich genug für eine Spaltung in  zwei Bruchstücke. Was macht die Zelle? Sie aktiviert die Glucose mit einem zweiten ATP-Molekül.

Dummerweise kann sich die Phosphatgruppe des ATP aber nur an bestimmte C-Atome des Glucose-Moleküls anlagern, nämlich an die C-Atome, die aus der Ringebene herausragen, wie das C6-Atom in der Abbildung. Leider hat Glucose nur ein einziges "herausragendes" C-Atom. Fructose dagegen hat zwei dieser Atome. Wenn sich also die Glucose in Fructose umwandeln würde, könnte sich eine weitere Phosphatgruppe anlagern. Genau dies passiert im nächsten Schritt der Glycolyse: Glucose-6-phosphat lagert sich in Fructose-6-phosphat um (siehe Schritt 2), und dann kann eine zweite Phosphatgruppe aufgenommen werden (Schritt 3):

Jetzt ist das Zuckermolekül derart energiereich, dass es leicht gespalten werden kann:

Es entstehen zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat (Schritt 4).

Energiegewinnungsphase

Bisher wurden zwei ATP-Moleküle pro Glucose-Molekül investiert, um die Glucose zu aktivieren und dann in zwei C3-Bruchstücke zu spalten. Eine Energiegewinnung hat aber noch nicht stattgefunden, im Gegenteil, bisher wurde nur Energie in die Glucose hineingesteckt.

So sieht die Reaktionsgleichung für den Schritt 5 der Glycolyse aus - ziemlich kompliziert. Einfach ausgedrückt, wir das Zwischenprodukt oxidiert, der dabei freigesetzte Wasserstoff wird auf das Coenzym NAD+ übertragen und fließt dann in die Atmungskette ein. Gleichzeitig lagert sich ein Phosphat-Ion an das Zwischenprodukt an, wodurch dieses energetisch aufgeladen wird.

Der Schritt 6 ist jetzt ganz wichtig: Das Zwischenprodukt 1,3-Bisphosphatglycerat enthält zwei Phosphatgruppen. Eine davon wird jetzt auf ein ADP-Molekül übertragen. Der ganze Vorgang läuft natürlich zweimal ab, weil aus einem Glucose-Molekül ja zwei C3-Körper entstanden sind. Die beiden ATP-Moleküle, die in den Schritten 1 und 3 investiert worden sind, werden jetzt also zurückgewonnen - die Energiebilanz ist jetzt ausgeglichen.

Achten Sie darauf, das das Produkt dieses Schrittes, das 2-Glycerat-phosphat, immer noch eine Phosphatgruppe enthält. Auch diese Phosphatgruppe kann an ein weiteres ADP abgegeben werden. Allerdings bedarf es dazu einiger Vorbereitungen. Das Zwischenprodukt lagert sich in Schritt 7 und in Schritt 8 etwas um, damit in Schritt 9 dann tatsächlich die letzte Phosphatgruppe auf ein ADP-Molekül übertragen werden kann.

Es entsteht das Endprodukt der Glycolyse, das Pyruvat, auch bekannt als das Salz der Bernsteinsäure.

Gesamtbilanz

Fassen wir nun die Glycolyse kurz zusammen. Ein Molekül Glucose wird durch 2 ATP zunächst aktiviert und dann in zwei C3-Körper gespalten. Diese sind noch sehr energiereich und können oxidiert werden. Bei dieser Oxidation entstehen 2 Moleküle NADH, die in die Atmungskette einfließen. Außerdem sind die Oxidationsschritte recht exotherm, so dass außerdem 4 ATP-Moleküle gebildet werden können. Wenn man die beiden ATP-Moleküle abzieht, die in den Schritten 1 bis 3 investiert worden sind, so bleiben am Ende der Glycolyse immer noch 2 ATP-Moleküle übrig, die tatsächlich gewonnen worden sind.

Hier noch einmal die gesamte Glycolse im Überblick - bitte nicht von den komplizierten Namen der Zwischenprodukte abschrecken lassen. Ganz am Ende dann die Gesamtbilanz der Glycolyse. Diese sollte man sich dann doch etwas näher anschauen und - wenn es geht - auch verstehen.

Wem dieser kurze Überblick nicht genügt kann sich ja die "richtigen" Seiten zur Glycolyse anschauen, in der ich jeden einzelnen Schritt ausführlich - manchmal sogar erschöpfend ausführlich - erläutert habe.