Glykolyse – Definition, Nutzen und Ablauf

Die Glykolyse ist der essentielle Stoffwechselvorgang zur Umwandlung von Glucose in energiereiche Produkte wie ATP und Pyruvat. Lerne, wie dieser Prozess im Detail abläuft und warum er für die Zellatmung so entscheidend ist. Interessiert? Lerne mehr im folgenden Text!

Inhaltsverzeichnis zum Thema Glykolyse

Glykolyse im Überblick

  • Die Glykolyse ist die erste Stufe der Zellatmung. Üblich ist auch die Bezeichnung EMP-Weg, das bedeutet Embden-Meyerhof-Parnas-Weg.
  • Dabei wird Glucose abgebaut und umgewandelt (Glucosestoffwechsel).
  • Die Endprodukte der Glykolyse sind 2 Pyruvat, 2 ATP und 2 NADH+H+.
  • Pyruvat dient als Schlüsselprodukt für die weiteren Vorgänge der Zellatmung.
Glykolyse: Lernvideo

Quelle sofatutor.com

Glykolyse – Definition

Die Glykolyse ist ein energieliefernder Stoffwechselvorgang innerhalb der Zellen und der bedeutendste Abbauweg für Kohlenhydrate. Im engeren Sinn wird die Glykolyse zur Zellatmung gezählt und ist die Vorstufe von weiteren Stoffwechselvorgängen. Während der Glykolyse kommt es zum Glucoseabbau, also zum Zuckerabbau im Körper.

Glykolyse – Nutzen

Die Glykolyse ist der primäre Stoffwechselvorgang innerhalb der Zellatmung. Dabei ist die Glykolyse essenziell für die Energiegewinnung im Körper. Der Ort, an dem die Glykolyse stattfindet, ist das Cytoplasma der Zellen.  

In der Zelle kann Glucose (Traubenzucker) kurzfristig als Glykogen zwischengespeichert werden. Um die gespeicherte Glucose für die Zelle verwertbar zu machen, muss zunächst der Abbau von Glykogen eingeleitet werden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Glykogenolyse. Die Glykolyse ist ein anaerober Vorgang und benötigt somit keinen Sauerstoff

Das Ziel der Glykolyse ist es, Pyruvat, auch bekannt als Brenztraubensäure, zu generieren. Das Endprodukt der Glykolyse (Pyruvat) wird in nachfolgenden Schritten zu Acetyl-CoA umgewandelt und ist somit das ausschlaggebende Substrat für den Ablauf des Citratzyklus (Tricarbonsäurezyklus).

Glykolyse – Ablauf

Der Ausgangsstoff der Glykolyse ist Glucose. Betrachtet wird der Vorgang immer pro Glucosemolekül. Damit aus der Glucose Energie gewonnen werden kann, muss zunächst Energie aufgewendet werden. Daher wird der Anfang der Glykolyse als Energieinvestitionsphase bezeichnet.

Zu Beginn kommt es zur Phosphorylierung von Glucose, indem eine freie Phosphatgruppe an Glucose gebunden wird. Dieser Vorgang wird durch das Enzym Hexokinase gesteuert und es entsteht Glucose-6-phosphat. Durch das Anhängen einer Phosphatgruppe wird Energie verbraucht, indem ATP (Adenosintriphosphat), durch die Abspaltung einer Phosphatgruppe, zu ADP (Adenosindiphosphat) wird.

Das entstandene Glucose-6-phosphat wird infolge einer Isomerisierung zu Fructose-6-Phosphat umgewandelt. Hierbei wird nur die Ringstruktur des Moleküls verändert, ohne die Summenformel zu beeinträchtigen. Das verantwortliche Enzym ist die Glucose-6-phosphat-Isomerase.
Im nächsten Schritt wird erneut, unter ATP-Verbrauch, dem Fructose-6-Phosphat eine Phosphatgruppe angehängt. Dies wird durch das Enzym Phosphofructokinase ermöglicht und es entsteht Fructose-1,6-bisphosphat.

Das Produkt der nachfolgenden Reaktion ist abhängig davon, ob eine weitere Phosphatgruppe vorhanden ist oder nicht. Wenn kein Phosphat vorhanden ist, wird Dihydroxyacetonphosphat gebildet. Am Ende dieses Stoffwechselwegs entsteht ebenfalls Pyruvat, allerdings ohne die Bildung von ATP. Üblicherweise ist aber Phosphat vorhanden und Fructose-1,6-bisphosphat kann zu Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt werden. Das benötigte Enzym ist die Aldolase. Allerdings besteht die Möglichkeit, dass Dihydroxyacetonphosphat durch die Isomerase zu Glycerinaldehyd-3-phosphat umgewandelt wird.

Nach diesem Schritt beginnt die sogenannte Ertragsphase, in der Energie, in Form von ATP, generiert wird. Die Ertragsphase ist gekennzeichnet durch eine stufenförmige Phosphorylierung der Moleküle. Daher bezeichnet man diese auch als Substratkettenphosphorylierung.

Die Oxidation von Glycerinaldehyd-3-Phosphat und die Aufnahme einer Phosphatgruppe lässt 1,3-Bisphosphoglycerat entstehen und es wird NADH+H+ gebildet. Verantwortlich dafür ist das Enzym Glycerinaldehyd-3-phosphat-Isomerase.

Vom 1,3-Bisphosphoglyceratmolekül wird eine Phosphatgruppe durch das Enzym Phosphoglyceratkinase auf ADP übertragen und es entsteht das erste ATP-Molekül sowie 3-Phosphoglycerat.

3-Phosphoglycerat wird anschließend zu 2-Phosphoglycerat umgewandelt. Für diesen Vorgang wird das Enzym Phosphoglyceratmutase benötigt.
Anschließend wird ein Wassermolekül von 2-Phosphoglycerat durch das Enzym Enolase abgespalten und es entsteht Phosphoenolpyruvat.
Im letzten Schritt wird Phosphoenolpyruvat unter Abspaltung einer Phosphatgruppe zu Pyruvat umgewandelt. Dabei entsteht ein weiteres ATP-Molekül. Dieser Vorgang wird durch das Enzym Pyruvatkinase ermöglicht.

Das Schaubild der Glykolyse verdeutlicht noch einmal den Ablauf des Stoffwechselvorgangs.

Glykolyse (Auflösung)

Glykolyse – Stoff und Energiebilanz des Glucoseabbaus

Die Bilanz der Glykolyse kann als Energiebilanz und als Nettogleichung ausgedrückt werden.

Die Energiebilanz bezieht sich auf die aufgewendete und erhaltene Energie während der Glykolyse. In der Vorbereitungsphase werden zwei ATP-Moleküle benötigt, wodurch zunächst eine negative Energiebilanz entsteht. In der Ertragsphase werden 4 ATP-Moleküle und 2 NADH+H+ gebildet. Schlussendlich hat man einen Energiegewinn von 4 ATP und 2 NADH+H+.

– 2 ATP + 4 ATP + 2 NADH+H+ → 2 ATP + 2 NADH+H+

Im Gegensatz dazu zeigt die Nettogleichung der Glykolyse die normale Reaktionsgleichung der Glycolyse. Die Nettogleichung zeigt, dass ein Molekül Glucose zu zwei Molekülen Pyruvat, zwei ATP-Molekülen und zwei Molekülen NADH+H+ umgewandelt wird.

Glucose + 2 Phosphat + 2 NAD+ → 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH+H+ + H2O

Glykolyse – gut zu wissen

Neben der Glucose kann der Körper natürlich auch andere Kohlenhydratformen verwerten. In Früchten liegen die Kohlenhydrate in Form der Fructose vor. Der Fructosestoffwechsel und somit der Abbau der Fructose führt zur Entstehung von Glycerinaldehyd-3-phosphat, das in der Energiegewinnungsphase der Glykolyse benötigt wird. Dieser Vorgang läuft dementsprechend auch unter anaeroben Bedingungen ab. 

Das Schlüsselenzym der Glykolyse ist die Aldolase, die für den Übergang von der Energieinvestitions- zur Energiegewinnungsphase benötigt wird.

Glykolyse – Zusammenfassung

Die Aufnahme von Kohlenstoff, in Form von Glucose, ist lebensnotwendig für jeden Organismus. Die Glykolyse ist der erste Schritt in der Zellatmung, in der die Glucose zu verwertbarer Energie umgewandelt wird. Somit kann die Glykolyse einfach erklärt werden.

Du bist nun mit dem Schema der Glykolyse und somit auch mit dem Abbau der Glucose vertraut. Da die Energiebilanz der Glykolyse immer gleich ist, kannst du sie dir auch ganz einfach merken. Du weißt nun auch, dass die Glykolyse kein aerober, sondern ein anaerober Stoffwechselvorgang ist.

Die nachfolgende Tabelle hilft dir, verschiedene Fachbegriffe besser einzuordnen, und kann dir beim Erstellen eines Lernzettels für die Glykolyse eine gute Hilfe sein.

Begriffe Erklärung/Aufgabe
anaerob Sauerstoff wird nicht benötigt.
aerob Sauerstoff wird benötigt.
NAD+ Nicotinsäureamid-Adenin-Dinucleotid ist ein Coenzym.
NADH + H+ reduzierte Form von NAD+ mit einem Wasserstoffion und zwei Elektronen
ATP Adenosintriphosphat (sehr energiereiche Verbindung mit drei Phosphatgruppen)
ADP Adenosindiphosphat (energiereiche Verbindung mit zwei Phosphatgruppen)
AMP Adenosinmonophosphat (energiereiche Verbindung mit einer Phosphatgruppe)
Enzyme Proteine, die biochemische Reaktionen beschleunigen und andere Moleküle spalten

Häufig gestellte Fragen zum Thema Glykolyse

Die Glykolyse findet im Cytoplasma der Zellen statt.

In der Glykolyse wird der Zucker sehr schnell zu Pyruvat, ATP und NADH+H+ umgewandelt. Die Ausbeute an ATP ist relativ ineffizient.

Die Glykolyse findet anaerob statt.

Die Glykolyse ist die Umwandlung von Glucose zu Pyruvat, ATP und NADH+H+.

Das Endprodukt der Glykolyse ist Pyruvat.

Die Glykolyse findet in allen Zellen und dort im Cytoplasma statt.

Super! Das Thema: Glykolyse kannst du schon! Teile deine Learnings und Fragen mit der Community!