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Glycolyse

Was ist die Glycolyse genau?

Unter der Glycolyse versteht man den Abbau von Glucose im Zellplasma einer lebenden Zelle. Glucose findet sich in vielen alltäglichen Lebensmitteln wieder, wie z.B. Balsamico.

Auch Honig, Fruchtsäfte und viele andere zuckerhaltige Lebensmittel enthalten oft reine Glucose. Aber auch Nahrungsmittel, die Saccharose (Haushaltszucker) oder Polysaccharide (Stärke) enthalten, werden im Dünndarm zu Glucose abgebaut, sind somit also ebenfalls Glucose-Lieferanten.

Das Wort "Glycolyse" leitet sich von griechisch "glykos" für "süß" und "lysis" für "Auflösung" her. "Glycolyse" heißt also wörtlich "Auflösung von etwas Süßem" (gemeint ist der Zucker Glucose).

Das Endprodukt der Glycolyse sind zwei Moleküle Pyruvat pro Molekül Glucose, außerdem werden bei der Glycolyse 2 ATP und 2 NADH/H+ pro Molekül Glucose gewonnen, was unter dem Aspekt der Energiegewinnung nicht sehr viel ist.

$Glucose + 2 \ P_{i} + 2 \ ADP + 2 NAD^{+} \to $

$2 \ Pyruvat + 2 \ ATP + 2 \ NADH/H^{+} + 2 \ H_{2}O$

Die Glycolyse - nach ihren Entdeckern auch Embden-Meyerhof-Parnas-Weg (kurz: EMP-Weg) genannt - verläuft bei fast allen Organismen im Zellplasma, genauer gesagt, im Cytosol, der flüssigen Grundsubstanz des Zellplasmas. Die Enzyme der Glycolyse sind nicht membrangebunden, sondern liegen frei im Plasma vor.

Die Glycolyse ist nicht nur ein extrem wichtiger Stoffwechsel-Prozess für alle Pro- und Eukaryoten, sondern war auch der erste Stoffwechsel-Prozess, der vollständig aufgeklärt wurde. Bereits 1930 kannte man alle Teilschritte der Glycolyse.

Entdeckungsgeschichte

Die Entdeckungsgeschichte der Glycolyse ist sehr interessant, würde aber den Rahmen dieser Webseite sprengen. Statt dessen verweise ich auf den sehr ausführlichen Abschnitt in der deutschen Wikipedia.

Spätestens damals wurde auch klar, dass Lebensvorgänge nicht auf einer geheimnisvollen "Lebenskraft" beruhen, sondern biochemisch erklärt werden können.

All die Fakten über Enzyme und Coenzyme wie ATP oder NADH, die heute in jedem guten Oberstufen-Lehrbuch stehen, sind Resultate der Glycolyse-Forschung.

Für manche Organismen ist die Glycolyse aber der einzige Weg, um ATP aus Glucose zu gewinnen. Bei den meisten aeroben Organismen (aerob = Sauerstoff verwertend) ist die Glycolyse aber nur der erste Schritt der aeroben Dissimilation (Atmung). Es folgen der Citratzyklus und dann die Atmungskette. Bei diesen beiden komplexen Prozessen wird richtig viel ATP aus einem Molekül Glucose gewonnen, über 30 Moleküle! Kein Vergleich also mit der "mickrigen" Ausbeute von 2 ATP/Glucose bei der Glycolyse bzw. bei den verschiedenen Gärungen, die sich an die Glycolyse anschließen, falls kein Sauerstoff zur Verfügung steht. Allerdings ist auch bei einigen Zellen und Geweben des Menschen die Glycolyse der einzige Weg, an ATP zu kommen. Bei roten Blutkörperchen, stark belasteten Muskelzellen oder Spermien ist das zum Beispiel der Fall, aber auch bei schnell wachsenden Tumorzellen.

Im Laufe der Evolution hat sich der Ablauf der Glycolyse so gut wie gar nicht verändert, er ist hoch-konservativ, weil er so extrem wichtig für alle Organismen ist, vom einfachsten Bakterium bis zum Menschen hin. Die Aminosäure-Sequenzen wichtiger Glycolyse-Enzyme beim Menschen sind fast identisch mit den entsprechenden Sequenzen bei anderen Wirbeltieren. Sogar bei Pflanzen und Pilzen liegen fast die gleichen Aminosäure-Sequenzen vor.

Ablauf der Glycolyse

Bei der Glycolyse kann man grob drei Phasen unterscheiden. Details zu den Phasen finden Sie auf den Unterseiten. Wenn Sie einen schnellen Überblick haben möchten, gehen Sie bitte auf die Seite "Glycolyse light".

Alternativen zur Glycolyse

Viele Bakterien haben nicht alle notwendigen Enzyme für die normale Glycolyse. Solche Bakterien betreiben, ebenfalls von der Glucose ausgehend, einen alternativen Weg, der nach seinen Entdeckern als Entner-Doudoroff-Weg bezeichnet wird.

Bakterien wie z. B. Escherichia coli nutzen beide Wege, also sowohl den Embden-Meyerhof-Parnas-Weg wie auch den Entner-Doudoroff-Weg. Letzterer erlaubt nämlich den Abbau von organischer Säuren, die den Bakterien zur Verfügung stehen und nicht in die "normale" Glycolyse einfließen können.

Entner-Doudoroff-Weg

Eine Erläuterung dieses Weges würde diese Seite sprengen, daher verweise ich auf den entsprechenden Artikel in der Wikipedia.