Glykolyse und Gärungen: Ablauf und Pyruvat-Verwertung

Glykolyse

Glykolyse: In zehn Reaktionen wird Glucose (6C) zu zwei Molekülen Brenztraubensäure (Pyruvat, 3C) abgebaut. Der Prozess findet im Zytoplasma (Hyaloplasma) statt und ist ein anaerober Prozess. Pro Glucose-Molekül entstehen 2 ATP und 2 NADH + H⁺.

Schritte

1. 1 – Phosphorylierung von Glucose unter Verbrauch von ATP zu Glucose-6-Phosphat (Hexokinase)
2. 2 – Isomerisierung zu Fructose-6-Phosphat (Isomerase)
3. 3 – Phosphorylierung unter Verbrauch von ATP zu Fructose-1,6-Bisphosphat (6C) (Kinase)
4. 4 – Spaltung in zwei Moleküle: Glycerinaldehyd-3-Phosphat und Dihydroxyacetonphosphat
5. 5 – Dihydroxyacetonphosphat ist das Aldose-Isomer von Glycerinaldehyd-3-Phosphat; durch Isomerisierung entstehen so 2 Moleküle Triosephosphat
6. 6 – Durch die Glycerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase werden 2 Moleküle Glycerinaldehyd-3-Phosphat zu 1,3-Bisphosphoglycerat (1,3-BPG) oxidiert. Dabei wird die Aldehydgruppe zu einer Carbonsäure oxidiert und NAD⁺ zu NADH + H⁺ reduziert
7. 7 – Übertragung einer Phosphatgruppe von 1,3-BPG auf ADP unter Bildung von ATP; es entsteht 3-Phosphoglycerat (Kinase)
8. 8 – Verschiebung der Phosphatgruppe von Position 3 nach Position 2, es entsteht 2-Phosphoglycerat (Mutase)
9. 9 – Wasserabspaltung (Dehydratisierung) unter Bildung von Phosphoenolpyruvat (Enolase)
10. 10 – Übertragung der Phosphatgruppe von Phosphoenolpyruvat auf ADP unter Bildung von ATP und Pyruvat (Kinase)

Gesamtbilanz: Glucose + 2 ADP + 2 P_i + 2 NAD⁺ → 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Gärungen

Gärungen: Die ATP-Produktion durch anaerobe Glykolyse ist die Hauptquelle für ATP. Das Pyruvat wird zu Produkten umgesetzt, die aus der Zelle ausgeschieden werden, z. B. Lactat oder Ethanol und CO₂.

Milchsäuregärung

Milchsäuregärung: Glucose → 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ → 2 Lactat (CH₃-CHOH-COO^-) + 2 NAD⁺

Alkoholische Gärung

Alkoholgärung: Glucose → 2 Pyruvat (CH₃-CO-COO^-) + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ → 2 Acetaldehyd (CH₃-CHO) + 2 CO₂ → 2 Ethanol (CH₃-CH₂OH) + 2 NAD⁺

Verwertung von Pyruvat

Pyruvat kann zwei Wege gehen:

• Unter aeroben Bedingungen: Pyruvat wird durch die Pyruvatdehydrogenase zu Acetyl-Coenzym A oxidiert und CO₂ abgespalten. Die Reaktion ist eine Decarboxylierung und Oxidation; dabei wird NAD⁺ zu NADH reduziert. (Pyruvat + CoA + NAD⁺ + ADP + P_i → CO₂ + Acetyl-CoA + NADH + H⁺)
• Unter anaeroben Bedingungen: Pyruvat wird mit NADH, das bei der Glykolyse gebildet wurde, zu Produkten der Gärung reduziert.