Die Glykolyse (I)
Die Glykolyse ist ein Vorgang, während dem die Glukose in zehn Schritten auf aerobem Weg zu Pyruvat oder anaerobem Weg zu Laktat umgewandelt wird. Dieser Vorgang kann in jeder Zelle ablaufen und findet vollständig im Zytosol statt, sprich in der Zellflüssigkeit. Dies ist enorm wichtig. Würde die Glykolyse z.B. wie die ß-Oxidation der Fettsäuren, also deren Abbau, in den Mitochondrien stattfinden, wären wir nicht in der Lage zu überleben, da nicht jede Körperzelle Mitochondrien besitzt. Ein Beispiel dafür wären die Zellen unseres Gehirns. Hier wird dann nun auch schnell klar, warum bei einer Kohlenhydratausschlussdiät Ketonkörper eine derart wichtige Rolle spielen: Würden keine Ketonkörper produziert werden, so könnte unser Gehirn nicht mit Energie versorgt werden. Aber das ist nun ein anderes Thema und wurde in einem vorherigen Artikel schon besprochen. Dadurch, dass die Glykolyse nun aber im Zytosol stattfindet, kann sichergestellt werden, dass jede Zelle auch Glykolyse betreiben kann.Doch nun zu den eigentlichen Aufgaben der Glykolyse: Zum Einen dient sie dem Abbau von Glukose zur Bereitstellung von Energie, zum Anderen liefert sie Bausteine für die Biosynthese von Fettsäuren und Cholesterin.
So, nun wird es etwas komplizierter. Für all diejenigen, die sich nicht detaillierter mit einzelnen Molekülstrukturen herumärgern wollen, sei hier nun angeraten die nächsten Abschnitte zu überspringen und nach der Umwandlung von Glukose zu Pyruvat wieder einzusteigen. Alle anderen müssen von hier an gut aufpassen:
Wir wollen die Glykolyse nun erstmal in zwei Teile spalten: Die Vorbereitungsphase, in der während den ersten fünf Reaktionen zwei ATP Energie investiert werden müssen, und die Phase der Energiebereitstellung. Während dieser Phase gewinnen wir zwei Moleküle NADH/H+, vier Moleküle ATP und zwei Moleküle Pyruvat. Die Nettoausbeute an Energie beim Abbau eines Glukosemoleküls bis zu Pyruvat beträgt also zwei ATP. Ziemlich dürftige Angelegenheit, wenn wir uns später die Energieausbeute der Atmungskette anschauen werden. Für sämtliche Zellen ohne Atmungskette, so z.B. die Erythorzyten oder die roten Blutkörperchen, ist dies aber der einzige Weg, überhaupt Energie zu erzeugen.
Doch auch hier wollen wir noch mal einen kleinen Schnitt setzen. Die folgenden Abschnitte dienen nun zur Erklärung und Erläuterung der Begriffe ATP und NADH/H+. Diese beiden Moleküle werden uns immer wieder über den Weg laufen. Die Zuordnung dieser Begriffe sollte also mehr oder weniger sicher sitzen oder zumindest schon mal ansatzweise bekannt sein.
Adenosintriphosphat (ATP)
Das ATP ist die universelle Energiewährung aller Zellen. Sämtliche Nährstoffe werden im Zuge der Energiebereitstellung letztlich zu ATP umgewandelt, aus dem dann Energie freigesetzt wird. Je mehr ATP schließlich vorhanden ist, desto höher ist das Energiepotential. Jede Bewegung, jeder energieverbrauchende Prozess unseres Organismus ist auf diese "Energiewährung" angewiesen. Zu beachten ist jedoch, dass nicht das ATP selbst die Energie ist, sondern erst die Spaltung der energiereichen Phosphatbindung in diesem Molekül, die eigentliche Energie freisetzt. Dabei entsteht dann Adenosindiphosphat (ADP).Einfach ausgedrückt: Vom Adenosintriphosphat (tri = drei; also drei Phosphatreste die an das Adenosin gebunden sind) wird ein Phosphat abgespalten. Dieser Vorgang liefert Energie, bzw. korrekt ausgedrückt, setzt Energie frei. Dabei entsteht dann Adenosindiphosphat (di = zwei; ein Phosphatrest wurde ja nun entfernt) und ein freies Phosphat. Der folgende Vergleich ist vielleicht etwas weit hergeholt, hilft aber vielleicht bei Verständnisproblemen ein Stück weiter:
Das ATP ist in diesem Fall zu vergleichen mit einer vollgeladenen Batterie. In ihr steckt jede Menge Energie. Unser MP3-Player soll nun unsere Zelle darstellen, die dringend Energie benötigt. Ohne Energie, keine Musik aus dem MP3-Player. Erst wenn die vollgeladene Batterie in den MP3-Player eingelegt wird, fängt die Musik an zu spielen. Und zwar so lange bis die Batterie leer ist und aufgeladen werden muss. Dazu benötigen wir ein Ladegerät. Ähnlich funktioniert das mit unseren Zellen. Die volle Batterie ist das ATP, die leere Batterie ist das ADP. Das ATP setzt Energie frei und wird zum ADP. Auf unser Beispiel übertragen: Die volle Batterie gibt ihre Energie an den MP3-Player ab, sodass dieser Musik spielen kann und ist dann leer. Um wieder aufgeladen zu werden, muss die Batterie in ein Ladegerät gesteckt werden. Um aus ADP wieder ATP zu machen, müssen wir auch hier wieder aufladen, und zwar in dem wir an das Adenosindiphosphat wieder ein drittes Phosphat anhängen, damit wir wieder Adenosintriphosphat haben und das ganze Spiel von vorne beginnen kann. Die Batterie ist wieder voll und kann wieder in den MP3-Player eingelegt werden und dieser kann wieder Musik spielen, bzw. das neuaufgebaute ATP kann wieder Energie freisetzen.
Der Vorgang der Neusynthese soll bewusst kurz gehalten werden.
Hier kommt nun ein weiteres Molekül hinzu: Das Kreatinphosphat (KrP). Es stellt sozusagen das Ladegerät dar. Durch die Abspaltung des Phosphates im Kreatinphosphat wird ein Phosphat frei, welches sich ans ADP bindet und ATP liefert.
Je mehr Kreatinphosphat, desto öfter oder schneller kann unsere Batterie, also unser ATP, wieder geladen werden, desto mehr Energie steht zur Verfügung bzw. kann freigesetzt werden.
All diejenigen, die schon einmal Kreatin supplementiert haben, kennen nun einen Effekt der Kreatinsupplementation und können sich den oft bemerkbaren Kraftschub nun erklären.
Dieser ganze Prozess kann aber nur Energie für 20 bis maximal 30 Sekunden liefern. Anschließend kommt die anaerobe Glykolyse ins Spiel, welche ja später noch besprochen werden soll.
Das CoEnzym Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD)
Im Stoffwechsel wird nur ein geringer Teil der Energie der Nährstoffe sofort der ATP-Bildung zugeführt, der überwiegende Teil wird bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff gewonnen. Zu diesem Zweck wird Wasserstoff beim Abbau der Nährstoffe auf die Coenzyme Nicotinamid-Adenin-Dinukleotif (NAD) und Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) übertragen. Die entstandenen reduzierten Formen NADH und FADH2 können den Wasserstoff bzw. seine Elektronen über weitere Coenzyme als Zwischenstufen auf Sauerstoff übertragen. (Zitat: Luppa, D., Albers, T.: Studienbrief Biochemie II. BSA-Private Berufsakademie, Saarbrücken 2006).NAD ist also genauso wie FAD ein Elektronentransporter. In der Glykolyse wird es uns immer wieder begegnen. Für die Energiebereitstellung ist es enorm wichtig. Den genauen Mechanismus bzw. das genaue Kennen dieser Moleküle ist für unsere Zwecke nicht notwendig und außerdem sehr aufwendig zu beschreiben. Wir werden allerdings zu einem späteren Zeitpunkt nochmals drauf zu sprechen kommen. Wichtig hier ist nur die Kenntnis des Elektronentransporters. Bei der Glykolyse wird es uns zum ersten mal bei der Umwandlung von Glyceral-3-Phosphat zu 1,3-Bisphosphoglycerat begegnen, wo es als Redoxpartner dient. Aber keine Angst, es wird nicht so schlimm wie es sich im ersten Moment anhört.
Nachdem nun alle „vorbereitenden“ Maßnahmen für die Glykolyse getroffen wurden, geht es im nächsten Teil mit der Glykolyse im groben Überblick weiter bzw. was genau unser Körper mit der Glucose noch so anfangen kann.
Quellenangabe:
- Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Stryer, L.: Biochemie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg Berlin 2003
- Horn F., Moc I., Schneider N., Grillhösl C., Berghold S., Lindenmeier G.: Biochemie des Menschen. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2004
- Luppa, D., Albers, T.: Studienbrief Biochemie II. BSA-Private Berufsakademie, Saarbrücken 2006
- Müller-Esterl, W.: Biochemie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, München 2004