4.4: Glykolyse: Ausschüttungsphase

Bisher hat die Glykolyse die Zelle zwei ATP-Moleküle gekostet und zwei kleine Zuckermoleküle mit drei Kohlenstoffatomen produziert. Diese Moleküle durchlaufen die zweite Hälfte des Weges, und es wird genügend Energie extrahiert, um die beiden ATP-Moleküle, die als Anfangsinvestition verwendet wurden, zurückzuzahlen und einen Gewinn für die Zelle von zwei zusätzlichen ATP-Molekülen und zwei noch energiereicheren NADH-Molekülen zu erzielen.

Schritt 1 – 5: Vorbereitungsphase der Glykolyse

Die erste Phase der Glykolyse besteht aus 5 Schritten, in denen die Glukose in zwei Zuckermoleküle mit drei Kohlenstoffatomen zerlegt wird. In den nächsten fünf Schritten der Pay-off-Phase werden diese Kohlenstoffmoleküle weiter verstoffwechselt, um ATP und NADH zu produzieren.

Schritt 6. Der sechste Schritt der Glykolyse oxidiert den Zucker (Glycerinaldehyd-3-phosphat) und extrahiert hochenergetische Elektronen, die vom Elektronenträger NAD+ aufgenommen werden, wodurch NADH entsteht. Der Zucker wird dann durch Zugabe einer zweiten Phosphatgruppe phosphoryliert, wodurch 1,3-Bisphosphoglycerat entsteht. Beachten Sie, dass die zweite Phosphatgruppe kein weiteres ATP-Molekül benötigt.

Auch hier liegt ein potentiell limitierender Faktor für diesen Signalweg. Die Fortsetzung der Reaktion hängt von der Verfügbarkeit der oxidierten Form des Elektronenträgers NAD+ ab. Daher muss NADH kontinuierlich wieder zu NAD+ oxidiert werden, um diesen Schritt fortzusetzen. Wenn NAD+ nicht verfügbar ist, verlangsamt sich die zweite Hälfte der Glykolyse oder stoppt. Wenn Sauerstoff im System verfügbar ist, wird das NADH leicht, wenn auch indirekt, oxidiert, und die hochenergetischen Elektronen aus dem Wasserstoff, die bei diesem Prozess freigesetzt werden, werden zur Herstellung von ATP verwendet. In einer Umgebung ohne Sauerstoff kann ein alternativer Weg (Fermentation) die Oxidation von NADH zu NAD+ ermöglichen.

Schritt 7. Im siebten Schritt, katalysiert durch die Phosphoglyceratkinase, gibt 1,3-Bisphosphoglycerat ein hochenergetisches Phosphat an ADP ab und bildet ein ATP-Molekül. (Dies ist ein Beispiel für eine Phosphorylierung auf Substratebene.) Eine Carbonylgruppe auf dem 1,3-Bisphosphoglycerat wird zu einer Carboxylgruppe oxidiert, und es wird 3-Phosphoglycerat gebildet.

Schritt 8. Im achten Schritt wandert die verbleibende Phosphatgruppe im 3-Phosphoglycerat vom dritten Kohlenstoff zum zweiten Kohlenstoff, wodurch 2-Phosphoglycerat (ein Isomer von 3-Phosphoglycerat) entsteht. Das Enzym, das diesen Schritt katalysiert, ist eine Mutase (eine Isomerase).

Schritt 9. Enolase katalysiert den neunten Schritt. Dieses Enzym bewirkt, dass 2-Phosphoglycerat Wasser aus seiner Struktur verliert; Dabei handelt es sich um eine Dehydratisierungsreaktion, die zur Bildung einer Doppelbindung führt, die die potentielle Energie in der verbleibenden Phosphatbindung erhöht und Phosphoenolpyruvat (PEP) produziert.

Schritt 10. Der letzte Schritt der Glykolyse wird durch das Enzym Pyruvatkinase katalysiert (das Enzym ist in diesem Fall nach der umgekehrten Reaktion der Umwandlung von Pyruvat in PEP benannt) und führt zur Produktion eines zweiten ATP-Moleküls durch Phosphorylierung auf Substratebene und der Verbindung Brenztraubensäure (oder ihrer Salzform, Pyruvat). Viele Enzyme in enzymatischen Signalwegen sind nach den Umkehrreaktionen benannt, da das Enzym sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsreaktionen katalysieren kann (diese wurden möglicherweise ursprünglich durch die Umkehrreaktion beschrieben, die in vitro unter unphysiologischen Bedingungen stattfindet).

Dieser Text wurde übernommen von <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/7-2-glycolysis">Openstax, Biology 2e, Section 7.2: Glycolysis