Glykolyse

Ist der Abbau von Glukose. Die Gesamtbilanz der Glykolyse: C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 P ---> 2 CH3-CO-COOH + 2 NADH + H+ + 2 ATP. Die Glykolyse ist der wichtigste Abbauweg der Kohlenhydrate im Stoffwechsel und findet im Cytoplasma jeder Zelle statt. Die Glykolyse liefert bei vollständigem Ablauf jeweils zwei Moleküle ATP und NADH pro Molekül Glucose. Aerobe Prokaryoten und die Mitochondrien von Eukaryonten können aus den beiden gleichzeitig entstehenden Molekülen Pyruvat durch aerobe Atmung weitere Moleküle ATP gewinnen. Prokaryoten können durch Glykolyse und die Atmungskette (bei aeroben Bedingungen) ca. 38 Moleküle ATP insgesamt generieren.

Die Glykolysereaktionen bis zum Pyruvat benötigen keinen Sauerstoff als terminalen Elektronenakzeptor und laufen de facto immer unter anaeroben Bedingungen ab. Auch Erythrozyten, denen die Mitochondrien für die Atmungskette fehlen, nutzen die Glykolyse zur Energiegewinnung. Im Falle starker Muskelbeanspruchung kann Sauerstoff nicht mehr schnell genug in die Zellen gelangen.

Damit kann die Atmungskette nicht mehr ablaufen, und die Zelle muss ihre Energie ausschließlich aus der Glykolyse beziehen. Unter aeroben Bedingungen (mit Sauerstoff) wird das Pyruvat in den Mitochondrien im so genannten Citratzyklus zu Kohlendioxid (CO2) und in chemisch gebundenen Wasserstoff umgewandelt. Der chemisch gebundene Wasserstoff durchläuft anschließend die Atmungskette, einen weiteren biochemischen Prozess, der zur Gewinnung der chemischen Energie dient, etwa durch Bildung von ATP.

Bei diesem Prozess reagiert am Ende der Wasserstoff mit Luftsauerstoff (Atmung) zu Wasser (H2O). Unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) wird das Pyruvat in zwei verschiedenen Gärungsprozessen unter Gewinnung chemischer Energie weiter abgebaut. Die Milchsäuregärung etwa findet in Muskeln statt und hat Lactat, das Salz der Milchsäure, als Endprodukt. Dagegen entsteht bei der alkoholischen Gärung, die z. B. in Hefen abläuft, aus Pyruvat Ethanol (siehe Alkohol) und Kohlendioxid (CO2).