Glycolyse

Summary

• Glycolyse is de eerste route die wordt gebruikt om energie uit koolhydraten te halen
• Het is een complex proces waarbij de activiteit van verschillende enzymen en co-factoren nodig is
• Glycolyse bestaat uit twee delen: Het eerste deel vereist dat ATP wordt geïnvesteerd om energie te leveren om glucose te scheiden in twee suikers van 3 koolstof. scheiding.
• De tweede helft van de glycolyse produceert ATP en elektronen uit waterstofatomen en hecht deze aan NAD+, waarbij NADH wordt geproduceerd.
• Twee ATP-moleculen worden geïnvesteerd in de energie-investeringsfase en vier ATP-moleculen worden gevormd tijdens de energie-uitbetalingsfase. Dit levert een netto winst op van twee ATP- en twee NADH-moleculen voor de cel.

Wat is glycolyse?

Glycolyse is de eerste stap van de cellulaire ademhaling. Het beschrijft een opeenvolging van reacties die koolhydraten afbreken in kleinere moleculen. In het algemeen breekt de glycolyse een glucosemolecuul af en vormt 2 pyruvaatmoleculen, waarbij 2 moleculen ATP vrijkomen. Glycolyse is lang geleden ontstaan en wordt door de overgrote meerderheid van organismen gebruikt. Het betekent letterlijk ‘suikers splitsen’.

Fasen van de glycolyse

Glycolyse vindt plaats in het cytoplasma. Het is een complex proces, en kent tien stappen waarvoor verschillende enzymen en co-factoren nodig zijn. Glycolyse kan worden gescheiden in twee fasen: de energie-investeringsfase en de energie-betalingsfase.

Energie-investeringsfase

Tijdens de energie-investeringsfase wordt glucose gemodificeerd door de toevoeging van twee fosfaatgroepen, waarbij een gemodificeerde suiker wordt gevormd die fructose-1,6-bisfosfaat wordt genoemd. Dit molecuul is onstabiel en kan in tweeën worden gesplitst om twee suikers van 3 koolstof te vormen. Dit vereist de investering van twee moleculen ATP

Energie-betalingsfase

In de energie-betalingsfase worden de drie-koolstof suikers omgezet in drie-koolstof pyruvaten, door middel van een reeks enzym-gemedieerde reacties. Tijdens dit proces worden twee ATP-moleculen en één NADH-molecuul gemaakt. Omdat er echter twee pyruvaatmoleculen moeten worden omgezet, worden er vier ATP- en twee NADH-moleculen gemaakt.

Glycolyse in meer detail

Glucose wordt eerst gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat met een enzym dat hexokinase wordt genoemd. Dit vereist de investering van een molecuul ATP. Glucose-6-fosfaat wordt vervolgens omgezet in fructose-6-fosfaat door een enzym dat fosfoglucose-isomerase wordt genoemd. Vervolgens vindt een andere ATP-afhankelijke interactie plaats; het enzym fosfofructokinase zet fructose-6-fosfaat om in fructose-1,6-bisfosfaat. Aan deze 6-koolstof suiker zijn nu 2 fosfaatgroepen gekoppeld.

Dit molecuul wordt vervolgens met behulp van een aldolase enzym opgesplitst in 2 3-koolstof moleculen. Deze 3-koolstofmoleculen zijn glyceraldheyde-3-fosfaat en dihydroxyacetonfosfaat (DHAP). Alleen glyceraldheyde-3-fosfaat kan naar de volgende fasen van de reactie gaan, maar DHAP kan worden omgezet in glyceraldheyde-3-fosfaat met het enzym triosefosfaatisomerase. Glyceraldheyde-3-fosfaat wordt vervolgens omgezet in 1,3-bisfosfoglyceraat met behulp van glyceraldehydefosfaatdehydrogenase, dat ook één NADH produceert.

Nu in de uitbetalingsfase kan fosfoglyceraatkinase 1,3-bisfosfoglyceraat defosforyleren om 3-fosfoglyceraat te produceren. Dit levert 1 ATP per reactie op, en aangezien er 2 startmoleculen zijn, worden er 2 ATP gegenereerd. Vervolgens zet fosfoglyceromutase 3-fosfoglyceraat om in 2-fosfoglyceraat, en vervolgens zet het enzym enolase dit om in fosfoenolpyruvaat. Tenslotte defosforyleert pyruvaat kinase fosfoenolpyruvaat, waarbij per molecuul nog een ATP wordt geproduceerd (dus 2 ATP’s)

Aan het eind van de glycolyse is er een NET winst van twee moleculen pyruvaat, twee moleculen ATP, en 2 moleculen NADH. Als er zuurstof beschikbaar is, kan het pyruvaat de mitochondriën binnenkomen en via het proces van celademhaling worden geoxideerd tot kooldioxide, waarbij hoogenergetische elektronen en vele moleculen ATP vrijkomen. Als er geen zuurstof beschikbaar is, vindt er een anaërobe ademhaling plaats, waarbij melkzuur wordt geproduceerd.

Referenties en verder lezen

https://www.slideshare.net/prabeshrajjk/lecture-13-40727535 Eenvoudig glycolyseschema

https://microbiologyinfo.com/glycolysis-10-steps-explained-steps-by-steps-with-diagram/gedetailleerd glycolyseschema

Campbell, Neil A., and Jane B. Reece. Biologie (8e editie). San Francisco: Benjamin Cummings, 2007.

https://www.nature.com/scitable/content/glycolysis-14897204