Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Chemie Abitur
  3. 9 Strukturen und Reaktionen organischer Verbindungen
  4. 9.5 Naturstoffe
  5. 9.5.1 Kohlenhydrate
  6. Glykolyse

Glykolyse

Glykolyse wurde von den griechischen Wörtern glycos = süß und lysis = Auflösung abgeleitet. Damit ist die Zuckerspaltung gemeint. Sie findet im Cytoplasma der Zellen statt. Bei der aeroben Glykolyse (Sauerstoffanwesenheit) wird ein Glucosemolekül mit 6 C-Atomen unter Energiegewinn in Form von ATP in zwei Pyruvat-Ionen mit 3 C-Atomen gespalten. Pyruvate sind die Anionen der Brenztraubensäure, welche im Citronensäurezyklus weiter verwertet werden. Unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffabwesenheit) ist das Endprodukt der Glykolyse Lactat (Milchsäure) oder Ethanol. Dieser Weg der anaeroben Verwertung von Glucose ist der älteste biochemische Mechanismus zur Energiegewinnung, welcher auch die Entwicklung von lebenden Organismen in sauerstofffreier Atmosphäre ermöglichte.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Die Glykolyse ist vor dem Citratzyklus und der Atmungskette das erste Stoffwechselstadium der Zellatmung. Zusammen mit dem Citratzyklus erfolgt in diesen beiden Schritten der stufenweise Abbau von Glucose und Reserve-Polysacchariden wie Glykogen und Stärke, die aus Glucoseeinheiten aufgebaut sind. Innerhalb dieser „Zuckerspaltung“ werden die 6 Kohlenstoffatome der Glucose in 2 Moleküle mit je 3 Kohlenstoffatomen (Triosen) gespalten (halbiert). Die kleineren Substanzen werden dann oxidiert und die Produkte daraus zu 2 Pyruvatmolekülen umgeordnet. Die Glykolyse ist somit ein überaus wichtiger Prozess bei der Energiegewinnung des Körpers aus der Glucose.

Der Prozess erfolgt in 10 Einzelschritten unter Beteiligung von 10 Enzymen. In den ersten 5 Schritten wird Energie in Form zweier ATP-Moleküle verbraucht. Man nennt diese Reaktionen deshalb auch die Energieinvestitionsphase. In den nächsten 5 Schritten, der Energiegewinnungsphase, wird doppelt soviel ATP gewonnen wie vorher verbraucht wurde. Diese Energiegewinnung erfolgt durch Phosphorylierung. Darunter versteht man, dass Zwischenprodukte eine Phosphatgruppe auf ein ADP-Molekül übertragen und es zu ATP umwandeln. Außerdem werden Elektronen auf das NAD + übertragen; das Reduktionsäquivalent NADH entsteht.

Die anaerobe (sauerstofffreie) Glykolyse ist für verschiedene anaerobe und fakultativ anaerobe Mikroorganismen der wichtigste Weg zur ATP-Gewinnung. Unter aeroben (sauerstoffhaltigen) Bedingungen werden fast dieselben Reaktionsschritte durchlaufen; Endprodukt ist jedoch Pyruvat (Salz der Brenztraubensäure), das unter CO 2 -Abspaltung und Oxidation zu Acetyl-Coenzym A weiterreagiert, um so zur weiteren Oxidation in den Citratzyklus eingeschleust zu werden.

Die Reaktionen der Glykolyse

1.Glucose ist reaktionsträge. Durch Übertragung einer Phosphatgruppe von ATP auf Glucose durch das Enzym Hexokinase entsteht das reaktionsfreudigere Glucose-6-phosphat. Diese Reaktion nennt man Phosphorylisierung.
Da Glucose-6-phosphat als Ion vorliegt, wird der Stoff durch die Phosphatgruppe im Zellcytoplasma festgehalten, weil er als Ion nicht die Membran passieren kann. Seine Bezeichnung ist irreführend, da er kein Phosphat (Salz der Phosphorsäure) ist, sondern durch Veresterung entstand.
2.Glucose-6-phosphat wird durch das Enzym Phosphoglucoisomerase in seine isomere Verbindung Fruktose-6-phosphat (Fructose ist Fruchtzucker) umgewandelt.
3.Es erfolgt eine weitere Anlagerung eines ATP-Moleküls (Phosphorylierung) durch das Enzym Phosphofructokinase an Fruktose-6-phosphat. Es entsteht Fructose 1,6-diphosphat. Bisher wurden zwei ATP-Moleküle verbraucht.
4.Durch Aldolase wird die C 6 -Verbindung Fructose 1,6-diphosphat in zwei C 3 -Verbindungen gespalten.
Diese Reaktion gab der Glykolyse ihren Namen. Allgemein kann man sagen, dass aus einem C 6 -Zucker zwei C 3 -Zucker oder Triosen entstanden sind. Die Namen der Triosen sind Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat.
5.Eine Isomerase wandelt Dihydroxyacetonphosphat in Glycerinaldehyd-3-phosphat um. Durch die Schritte 4 und 5 wird also der Zucker in zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat (Triose) aufgespalten.
6.Das Enzym Triosephosphat-Dehydrogenase überträgt zunächst von der Triose Elektronen und Protonen auf NAD + wobei NADH entsteht. NAD + ist das Coenzym der Triosephosphat-Dehydrogenase, die diesen Vorgang katalysiert. Bei dieser Reaktion wird Energie frei, welche das Enzym gleich ausnutzt und ein Phosphat auf das oxidierte Substrat überträgt. Die Phosphatgruppe stammt aus dem ständig in der Zelle vorhandenen anorganischem Phosphat. Bei der Reaktion von Glycerinaldehyd-3-phosphat entsteht durch die Phosphatanlagerung 1,3-Biphosphatglycerat.
7.In diesem Schritt kommt es nun zu einem Energiegewinn.
Durch die Übertragung von je einem Phosphat aus den beiden 1,3-Biphosphatglycerat-Molekülen auf 2 ADP-Moleküle durch das Enzym Phosphoglycerokinase entstehen 2 ATP und 2 Moleküle 3-Phosphoglycerat. Diese Verbindung ist kein Zucker: Die für Zucker charakteristische Carbonylgruppe wurde in eine Carboxylgruppe umgewandelt - das Kennzeichen von Carbonsäuren. Damit steht die Energiebilanz der Glykolyse an dieser Stelle auf Null, d.h. die zwei verbrauchten ATP-Moleküle wurden nun wieder hergestellt.
8.Das Enzym Phosphoglyceromutase verschiebt die Phosphatgruppe an eine andere Stelle im Molekül. Es entsteht 2- Phosphoglycerat.
9.Durch das Enzym Enolase wird vom Substrat Wasser abgespalten und Phosphoenolpyruvat (PEP) gebildet. Die Bindung zum Phosphat ist instabil und damit energiereich.
10.In diesem letzten Reaktionsschritt wird die Phosphatgruppe vom PEP auf ADP übertragen, wodurch noch einmal ATP (Energie) entsteht. Dieser Schritt läuft zweimal ab, da die Glucose zu Beginn in zwei Moleküle aufgespalten wurde, die nun diesen Prozess durchlaufen. Damit ergibt sich ein Energiegewinn von 2 ATP-Molekülen. Das in Schritt 6 entstandene NADH (zweimal) kann unter Bereitstellung von Sauerstoff zur weiteren Energiegewinnung für die Zelle heran gezogen werden. Durch die Übertragung der Phosphatgruppe durch die Pyruvatkinase wird aus PEP Pyruvat, das Säurerest-Ion der Brenztraubensäure .

Die Gesamtgleichung der Glykolyse:

Glucose + 2 ADP + 2 Phosphat (P i ) + 2 NAD + → 2 Pyruvat + 2 H 2 O + 2 ATP + 2 NADH + 2 H +

Ausgehend von Glucose ist die Bruttoreaktion und Energiebilanz der Glykolyse unter anaeroben Bedingungen:

Glucose + 2 ADP + 2 Phosphat → 2 Lactat - + 2 H + + 2 ATP ( Δ G 0 = -136 kJ/mol) .

  • Glykolyse

Anstelle von 2 Milchsäuremolekülen entstehen bei der alkoholischen Gärung je 2 Moleküle Ethanol und CO 2 . Ausgehend von Glucose-1-phosphat ist die Bruttoreaktion:

Glucose-1-Phosphat + 3 ADP + 3 Phosphat → 2 Lactat - + 2 H + + 3 ATP ,

womit eine höhere Energieausbeute (3 ATP statt 2 ATP) erreicht wird.

  • Strukturformel von ATP
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Glykolyse." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/glykolyse (Abgerufen: 19. May 2025, 18:36 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Glucose
  • Glukose
  • Phosphorylierung
  • ATP
  • Cytoplasma
  • Fruktose-6-phosphat
  • Glykolyse
  • Glycolyse
  • Phosphorylisierung
  • Brenztraubensäure
  • alkoholischen Gärung
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Nachweisreaktionen organischer Naturstoffe

Die Nachweisreaktionen der Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße sind mehr oder weniger spezifische Nachweisreaktionen der Stoffklassen. Anders als bei anorganischen Fällungs- oder Farbreaktionen sind die Reaktionsgleichungen oft sehr kompliziert und daher nur schwer darzustellen.
Die Vielfalt der makromolekularen Naturstoffe ist viel zu groß, als das man für jeden einzelnen Stoff einen spezifischen Nachweis entwickeln könnte. Deshalb nutzt man zur eindeutigen Identifizierung der Einzelstoffe heutzutage moderne instrumentelle Methoden wie die Massenspektroskopie oder elektrophoretische Verfahren. Stehen diese nicht zur Verfügung, muss man physikalische Eigenschaften wie Schmelzpunkte oder optische Drehwerte für eine eindeutige Identifizierung heranziehen.

Fleming und das Lysozym

ALEXANDER FLEMING entdeckte 1922 das Lysozym im Nasensekret des Menschen. Als Enzym schützt es das Körperinnere vor Bakterien, indem es ihre Zellwände zerstört. Es bildet eine einfache Immunschranke gegenüber Bakterien, schützt aber leider nicht vor pathogenen Bakterien.

Wirkung von Penicillin

Penicillin ist ein Antibiotikum. Es wirkt als Inhibitor auf das Bakterienenzym Transpeptidase, das die Quervernetzung in der Bakterienwand steuert. Das Enzym wird blockiert, so dass die Zellwand durchlässiger wird. Die Zelle nimmt osmotisch Wasser auf und platzt. Auf diese Weise werden krankheitserregende Bakterien abgetötet.

Citratzyklus

Der Citratzyklus ist eine 1937 von H.A. KREBS, G. MARTIUS und F. KNOPP etwa gleichzeitig entdeckte zyklische biochemische Reaktionskette, welche in allen lebenden Zellen abläuft. Er verläuft unter Beteiligung von Zitronensäure (Citrat), die zum Zwecke der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten in andere organische Säuren umgewandelt wird. Er oxidiert in acht Schritten Acetyl-Reste zu Wasser und Kohlenstoffdioxid. Die dabei gewonnenen Reaktionsprodukte werden an die Atmungskette weitergegeben. Durch anschließende oxidative Phosphorylierung gewinnt die Zelle aus diesem Vorgang 10 ATP pro Acetyl-Gruppe.

Außerdem erfüllt der Citratzyklus eine Schlüsselfunktion im intermediären Stoffwechsel der Zelle. Er verbindet den energieliefernden Endabbau des aus dem Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel stammenden Zwischenprodukts Acetyl-Coenzym A mit der Erzeugung zahlreicher Vorstufen für anabole Biosynthesewege.

Disaccaride

Disaccharide sind Kohlenhydrate, die durch die Kondensation von zwei Monosacchariden entstehen. Disaccharide, die noch über ein halbacetalisches Kohlenstoffatom verfügen, zeigen eine reduzierende Wirkung (Maltose, Lactose und Cellobiose). Trehalose und Saccharose zeigen keine reduzierende Wirkung. Lactose, Saccharose und Maltose haben technische Bedeutung in der Lebensmittelindustrie. Cellobiose ist ein Abbauprodukt der Cellulose, Trehalose wird nur von Insekten, Bakterien und einigen Hefen gebildet.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025