Was ist Glykolyse?
Die Glykolyse ist ein komplexer biologischer Prozess, bei dem Glukose in Pyruvat umgewandelt wird, um Energie für jede lebende Zelle bereitzustellen. Da der Glykolysezyklus die Umwandlung von Blutzucker in ein Brenztraubensäureanion (Pyruvat) beinhaltet, wird die Glykolyse auch als Zitronensäurezyklus bezeichnet.
Da bei diesem Ereignis auch freie Energie freigesetzt wird, handelt es sich um eine thermodynamische Reaktion. Das Endergebnis ist die Synthese von Adenosin-5'-triphosphat (ATP) und reduziertem Nicotinamid-Adenindinukleotid (NADH), zwei Nukleotiden, die Schlüsselkomponenten der DNA sind und für eine ordnungsgemäße metabolische Funktion wichtig sind. Während die Glykolyse ein einfaches Beispiel für anaerobe Zellatmung und -fermentation ist, müssen zehn reaktive Schritte durchgeführt werden, an denen mehrere Katalysatorenzyme und Zwischenverbindungen beteiligt sind.
Das erste Ereignis, das bei der Glykolyse auftritt, verwendet die von Hexokinaseglykolyseenzymen bereitgestellte Energie, um ein Zuckermolekül (Glucose) mit sechs Kohlenstoffatomen in zwei Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen oder Glucose-6-phosphat umzuwandeln. Diese Substanz geht dann eine molekulare Umlagerung in "Lactat" ein oder produziert ein Milchsäureanion. Die „Amortisation“ des Energieverbrauchs in der frühen Phase der Glykolyse ist die anschließende Produktion von zwei Nicotinamidadenindinukleotiden (NADs), gefolgt von einer Phosphatgruppe, die an jedes 3-Kohlenstoffmolekül bindet und 1,3-Bisphosphoglycerat erzeugt. Währenddessen wird der Wasserstoff in der Reaktion zur Reduktion von NAD verwendet, wodurch NADH erhalten wird. Schließlich wird das Glykolyseenzym Pyruvatkinase verwendet, um zwei ATPs für jedes Glucosemolekül herzustellen, das an der glykolytischen Reaktion beteiligt ist.
Die Glykolyse ist ein grundlegender Stoffwechselweg, der sich wahrscheinlich vor Milliarden von Jahren entwickelt hat. Während es jedoch in fast jedem lebenden Organismus vorkommt, geschieht dies mit Variation. Beispielsweise können, obwohl Glucose das übliche Sprungbrett zum Starten der Glykolyse ist, andere Monosacharide in die Reaktion eingebracht werden. Darüber hinaus ist Laktat nicht das einzig mögliche Nebenprodukt der Glykolyse, was durch die Herstellung von Kohlendioxid und Ethanol bei der Fermentation von Bierhefe belegt wird. Schließlich wird nicht notwendigerweise der gesamte Kohlenstoff in Pyruvat umgewandelt und kann zur Förderung anderer kohlenstoffbezogener Stoffwechselwege verwendet werden.
Es kommt auch zu einer gestörten Glykolyse. Beispielsweise weisen Krebszellen häufig einen bis zu 200-mal höheren glykolytischen Zyklus auf als normale Zellen. Bekannt als der Warburg-Effekt, kann diese Beschleunigung aufgrund eines Überflusses an Hexokinase-Enzymen oder eines Sauerstoffmangels aufgrund eines mangelnden Blutflusses zur Stelle auftreten. Eine ähnliche Störung des Glukosestoffwechsels ist bei der Alzheimer-Krankheit zu beobachten. Dies wird jedoch eher durch eine Anhäufung spezifischer Proteine verursacht, die die Phosphorylierung stören.