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Glycolyse

Was ist Glucose? Was ist Zucker?

Zucker im engeren Sinne ist der Fabrikzucker, biochemisch Saccharose genannt, ein Zweifachzucker, zusammengesetzt aus Glucose und Fructose.

Zucker im weiteren Sinne, das sind alle Einfach- bis Mehrfach-Zucker, oder Kohlenhydrate oder Saccharide.

Glucose ist ein Einfachzucker, genauer eine Hexose, weil 6 Kohlenstoff-Atome, die Summenformel ist C6 H12 O6.

Glykolyse ist der (Energie-)Stoffwechselweg zum Abbau von Einfachzuckern (Monosacchariden), in dem ausgehend von z.B. der Glucose in einer Reihe von enzymatisch vermittelten Schritten „Energie“ in Form von ATP=Adenosintriphosphat gewonnen wird. Dieser Weg findet im Zytosol der eukaryotischen Zelle statt mit dem Endprodukt Pyruvat. Dieses wird per enzymatischer Umwandlung zum Acetyl-Coenzym-A (CoA) in die Mitochondrien eingeschleust und ist dort der Ausgangspunkt für den Zitratzyklus (odr auch Tricarbonsäurezyklus oder -englisch abgekürzt- TCA cycle) und in der Folge der oxidativen Phoshporylierung (OXPHOS), in dem letztlich der molekulare Sauerstoff als Elektronen-Empfänger genutzt wird und die grösste Menge an ATP-Molekülen erzielt wird.

Eine wirklich gleichermassen lustige wie lehrreiche 30-Minuten-Animation der Glycolyse ist auf youtube zu finden - auch die Kurzform kann man sich anschauen (nur die Stimme ist gewöhnungsbedürftig).

Nochmal eins nach dem anderen

Alle Lebewesen werden heutzutage in drei 3 Domänen geordnet - Archea, Bacteria, Eucarya Unser Körper besteht aus eukaryotischen Zellen, es sind unvorstellbar viele, ca. 100 Billionen. Eine eukaryotische Zelle ist eine Zelle mit Zellkern (der Gegenbegriff heisst Prokaryoten = Zellen ohne Zellkern):

Es gibt Mitochondrien, in den verschiedensten Zelltypen unterschiedlich viele, von ein paar wenigen bis zu mehreren tausend (pro Zelle! z.B. Leberzellen):

Der Abbau von Einfachzuckern findet im Zytosol statt und heisst Glykolyse: Durch die Zellmembran wird Glucose aufgenommen, durchläuft die Glycolyse und Pyruvat ist das Endprodukt, alles noch im Zytosol.

Das Pyruvat wird in die Mitochondrien eingeschleust und in Acetyl-Coenzym A (CoA) umgewandelt, das in den Zitratzyklus wandert, dem Drehkreuz des Stoffwechsels.

Warum ist der Zitratzyklus das Drehkreuz des Stoffwechsels?

Weil hier die meisten anabolen Stoffwechselwege starten und die meisten katabolen enden.

Zur Veranschaulichung die Minimap Nr. 1 von Donald Nicholson.

Pyruvat kann aber verschiedentlich verwendet werden

Auch wenn normalerweise die Zelle das Pyruvat mittels des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes in dem mitochondrialen Zitratzyklus verstoffwechselt: Es gibt auch -meist unter anaeroben Bedingungen- in eukaryotischen Zellen die Umwandlung in Laktat (Milchsäuregärung - durch Enzym Laktatdehydrogenase (LDH)) oder Alkohol/Ethanol (alkoholische Gärung) - die entsprechenden Enzyme sind grün unterlegt:

PPP und Laktat-Bildung

Die Glykolyse ist vielfach reguliert und kann z.B. bereits ganz "oben" nach dem ersten Stoffwechselschritt, in dem die Glucose zum Glucose-6-phosphat verstoffwechselt wird, in einen Seitenzweig münden, der PPP = Pentose poshpate pathway = Pentose-Phosphat-Weg genannt wird. Hier werden Pentosen, also 5-fach-Zucker, und in der Folge Nukleotide für den Aufbau von DNA und RNA gebildet. Dieser Weg muss von der Zelle beschritten werden, wenn sie sich teilen will. In solch einem Fall ist die weitere Verstoffwechselung zum Pyruvat und zum Citratzyklus in den Mitochondrien weitgehend inaktiv. Es kann auch sein, dass aufgrund einer Blockierung der Pyruvat-Dehydrogenase das Pyruvat nicht weiter Richtung Mitochondrien verstoffwechselt wird und deshalb in Laktat = (Milchsäure-)Gärung umgewandelt wird.

In diesem Fall ergibt sich ein therapeutischer Ansatz, wenn man Substanzen einsetzen kann, die in der Lage sind, die Blockade der Pyruvat-Dehydrogenase aufzuheben, sodass der mitochondriale Stoffwechsel wieder angekurbelt wird.