Glycolyse

Bron: brouw-bier.nl - Alles wat de amateur bierbrouwer of bierliefhebber moet weten over het brouwen van bier bierliefhebber moet weten over het brouwen van bier

De glycolyse (ook wel Embden-Meyerhof-Parnas weg genoemd, ontdekt door Gustav Embden, Otto Meyerhof en Jakub Karol Parnas) is het proces waarbij glucose (suiker ) met behulp van enzymen in verschillende stappen wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur Eén glucosemolecuul levert daarbij twee moleculen pyrodruivenzuur op.

Glycolyse
Glycolyse met de verschillende stappen en tussenproducten en rechts (cursief) de bijhorende enzymen.

Zoals in de afbeelding is te zien wordt er bij de eerste twee reacties ATP gebruikt. Verder in het proces worden er per glucosemolecuul 4 ATP moleculen gevormd (vanwege de vorming van 2 moleculen glyceraldehyd-3-fosfaat per glucose molecuul), dit komt neer op een netto resultaat van 2 ATP moleculen.

Uitgebreide info

De glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van de (gist)cel. De glycolyse converteert glucose (6C) in 10 stappen naar pyrodruivenzuur (2 x 3C). Tijdens deze stappen worden voor elke molecuul glucose netto twee moleculen ATP (2 x 50 kJ/mol) en, door de reductie van twee moleculen NAD+, twee moleculen NADH + H+ gevormd (2 x 200 kJ/mol). De glycolyse kan in twee stadia worden verdeeld: de energie-investerende reacties die ATP verbruiken, en de energie-oogstende reacties die ATP en NADH + H+ produceren.

Energie-investerende fase

De eerste vijf stappen worden beschouwd als de voorbereidende (of investering) fase, omdat ze energie verbruiken om de glucose om te zetten in 2 moleculen glyceraldehyd-3-fosfaat.

Stap 1

Het enzyme hexokinase (HK) catalyseert in deze stap, waarin een fosfaatgroep van ATP wordt gehecht aan glucose (Glc) opgebouwd uit zes koolstoffen (hexo = zes; kinase = een enzyme dat de transport van een fosfaat groep van ATP naar een ander subtraat verzorgt), met vorming van glucose-6-fosfaat (G6P).

Glucose ATP naar ADP Glucose-6-fosfaat
Glucose
(Glc)
Hexokinase
(HK)
Glucose-6-fosfaat
(G6P)

Stap 2

In stap 2, wordt de ring van 6 koolstoffen (glucose) in G6P herschikt als een ring van 5 koolstoffen (fructose) (glucose en fructose zijn twee isomeren van suiker met dezelfde atomaire samenstelling maar een verschillende structuur) tot fructose-6-fosfaat.

Glucose-6-fosfaat reversibel Fructose-6-fosfaat
Glucose-6-fosfaat
(G6P)
Fosfohexo-isomerase Fructose-6-fosfaat
(F6P)

Stap 3

In stap 3 voegt het enzyme fosfofructokinase een tweede fosfaat groep afkomstig van een andere ATP molecule toe aan de fructose ring, met vorming van het zes koolstof suiker, fructose 1,6 bifosfaat.

Fructose-6-fosfaat ATP naar ADP Fructose-1,6-difosfaat
Fructose-6-fosfaat
(F6P)
Fosfofructokinase
(PFK-1)
Fructose-1,6-difosfaat
(F1,6BP)

Stap 4

In stap 4 wordt de zes koolstof suikerring (C6) gesplitst waarbij twee verschillende moleculen worden gevormd, dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) en glyceraldehyd-3-fosfaat (G3P).
Fructose-1,6-difosfaat reversibel   Dihydroxyacetonfosfaat + Glyceraldehyd-3-fosfaat
Fructose-1,6-difosfaat
(F1,6BP)
Fructose-1,6-difosfaat-aldolase
(ALDO)
  Dihydroxyacetonfosfaat
(DHAP)
Glyceraldehyd-3-fosfaat
(G3P)

Stap 5

In stap 5 wordt één van de producten, dihydroxyacetonfosfaat geconverteerd naar glyceraldehyd-3-fosfaat (G3P).

Dihydroxyacetonfosfaat   reversibel   Glyceraldehyd-3-fosfaat
Dihydroxyacetonfosfaat
(DHAP)
  Triose-isomerase
(TPI)
  Glyceraldehyd-3-fosfaat
(G3P)

Halverwege de glycolyse is dus het volgende gebeurd:
  • Twee moleculen ATP werden geïnvesteerd
  • De 6C glucose molecule werd omgezet naar twee 3C suiker fosfaat moleculen, het glyceraldehyd-3-fosfaat (G3P, een triose fosfaat)

De energie-oogstende fase

Met de investering van twee ATP moleculen hebben de eerste vijf stappen van de glycolyse de zes koolstof suiker glucose herschikt en gesplitst in twee drie koolstof suiker fosfaten.
Let op!
Hou bij de volgende stappen in de gaten, dat elke stap tweemaal gebeurt voor elke glucose molecule! Omdat in de glycolyse elke glucose gesplitst wordt in twee moleculen G3P.

Stap 6

Stap 6 wordt gecatalyseerd door het enzym glyceraldehyd-3-fosfaat dehydrogenase, en het eindproduct is een fosfaat ester, glycerinezuur-1,3-difosfaat (BPG). Dit gaat gepaard met een enorme daling in de vrije energie. Meer dan 100 kcal of 418 kJ energie per mol glucose komt vrij in deze reactie. Als deze enorme daling in vrije energie verloren zou gaan in de vorm van warmte, dan zou de glycolyse niet erg bruikbaar zijn voor de cel. Daarom wordt deze energie opgeslagen in de vorm van chemische energie door reductie van twee moleculen NAD+ naar twee moleculen NADH + H+ (2 x 50 kcal/mol of 200 kJ/mol) Aangezien NAD+ in kleine hoeveelheden in de cel aanwezig is, moet het opnieuw gebruikt worden, zodat de glycolyse kan doorgaan. Als geen NADH + H+ terug wordt geoxideerd naar NAD+, valt de glycolyse stil. De metabole reactiewegen die volgen op de glycolyse staan onder andere in voor de oxidatie van NADH + H+ (gereduceerde equivalenten) tot NAD+ (geoxideerde equivalenten).
Glyceraldehyd-3-fosfaat   reversibel   Glycerinezuur-1,3-difosfaat
Glyceraldehyd-3-fosfaat
(G3P)
  Glyceraldehyd-3-fosfaat dehydrogenase
(GAPDH)
  Glycerinezuur-1,3-difosfaat
(BPG)

Stap 7

Een ander voorbeeld van een substraatgekoppelde fosforylatie is stap 7 van de glycolyse, waarin glycerinezuur-1-fosfaatkinase (PKG) de transfer van een fosfaatgroep van glycerinezuur-1,3-difosfaat (BPG) naar ADP catalyseert, met de vorming van ATP en glycerinezuur-3-fosfaat (3PG).
Glycerinezuur-1,3-difosfaat   reversibel   Glycerinezuur-3-fosfaat
Glycerinezuur-1,3-difosfaat
(BPG)
  Glycerinezuur-1-fosfaatkinase
(PKG)
  Glycerinezuur-3-fosfaat
(3PG)

Stap 8

In deze stap vindt een herschikking plaats van de fosfaatgroep van positie 3 (3PG) naar positie 2 met vorming van glycerinezuur-2-fosfaat (2PG).
Glycerinezuur-3-fosfaat   reversibel Glycerinezuur-2-fosfaat
Glycerinezuur-3-fosfaat
(3PG)
  Fosfoglyceromutase
(PGM)
Glycerinezuur-2-fosfaat
(2PG)

Stap 9

In deze stap vindt een dehydratatie plaats van 2PG, met vorming van enolpyrodruivenzuurfosfaat (PEP).
Glycerinezuur-2-fosfaat reversibel Enolpyrodruivenzuurfosfaat
Glycerinezuur-2-fosfaat
(2PG)
Enolase
(ENO)
Enolpyrodruivenzuurfosfaat
(PEP)

Stap 10

Stap 10 is een opnieuw een fosforylatie, waarbij er transport plaatsvindt van fosfaat naar ADP met vorming van ATP en pyrodruivenzuur (Pyr).
Enolpyrodruivenzuurfosfaat reversibel Pyrodruivenzuur
Enolpyrodruivenzuurfosfaat
(PEP)
Pyruvaatkinase
(PK)
Pyrodruivenzuur
(Pyr)