Westend61/Westend61/GettyImages

Wat is glycolyse?

Glycolyse is de fundamentele biochemische route die in vrijwel elke levende cel de suikerglucose met zes koolstofatomen omzet in energierijke moleculen. In de hele levensboom – van eencellige bacteriën tot de grootste zeezoogdieren – vertrouwen cellen op dit proces om bruikbare energie uit glucose te halen.

Bij eukaryoten (dieren, planten, protisten, schimmels) is glycolyse de eerste van drie stadia van cellulaire ademhaling. Bij prokaryoten (bacteriën en archaea) is dit de enige route voor glucose-oxidatie, omdat hun cellen de organellen missen die nodig zijn voor volledige aerobe ademhaling.

Een korte samenvatting van glycolyse

De algemene reactie is:

C6H12O6 + 2 NAD ⁺ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH3(C=O)COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H ⁺ + 2 H2O

Deze vergelijking laat zien dat één molecuul glucose, twee moleculen van de geoxideerde elektronendrager NAD ⁺ worden adenosinedifosfaat (ADP) en anorganisch fosfaat (Pi) omgezet in twee moleculen pyruvaat, twee ATP, twee gereduceerde NADH, protonen en water. Opvallend is dat er geen zuurstof aanwezig is, wat onderstreept dat glycolyse anaëroob kan plaatsvinden.

Glucose:de energievaluta

Glucose is een monosacharide:een ondeelbare suiker met de formule CnH2nOn. Het circuleert in het bloed, wordt opgeslagen als glycogeen in lever- en spierweefsel en wordt gemobiliseerd tijdens intensieve oefeningen. Atleten gebruiken koolhydraten om de glycogeenvoorraden in specifieke spiergroepen te maximaliseren, waardoor het uithoudingsvermogen en de prestaties worden verbeterd.

Metabolisme:van voedsel naar ATP

Adenosinetrifosfaat (ATP) is de universele energievaluta van het leven. Het doel van het glucosemetabolisme is het synthetiseren van ATP door gebruik te maken van de chemische energie die vrijkomt wanneer glucosebindingen worden gesplitst. Tijdens matige inspanning oxideert het lichaam bij voorkeur glucose omdat het meer ATP per molecuul oplevert dan vetzuren.

Enzymen:de katalysatoren van het leven

Enzymen – zeer specifieke eiwitkatalysatoren – drijven de tien reacties van glycolyse aan. Elk enzym, genoemd naar zijn substraat en eindigend op ‘-ase’, zorgt voor een snelle, gereguleerde omzetting van tussenproducten. Fosfoglucose-isomerase zet bijvoorbeeld glucose-6-fosfaat om in fructose-6-fosfaat.

Vroege (investerings)stappen van glycolyse

Glucose komt de cel binnen en wordt gefosforyleerd tot glucose-6-fosfaat, waardoor het binnenin wordt opgesloten. Vervolgens wordt het geïsomeriseerd tot fructose-6-fosfaat en opnieuw gefosforyleerd tot fructose-1,6-bisfosfaat. Deze twee ATP-consumerende stappen vormen de “investeringsfase”, die 2 ATP per glucosemolecuul kost.

Fructose-1,6-bisfosfaat wordt gesplitst in twee fragmenten van drie koolstofatomen:dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) en glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P). DHAP wordt snel omgezet in G3P, dus vanaf hier vindt elke reactie tweemaal per glucose plaats.

Latere (uitbetalings)stappen van glycolyse

G3P wordt geoxideerd tot 1,3-difosfoglyceraat, waardoor elektronen worden overgedragen naar NAD ⁺ NADH vormen. Daaropvolgende fosforylering op substraatniveau genereert vier ATP (twee per G3P). Na rekening te hebben gehouden met de initiële investering van 2 ATP, bedraagt de netto opbrengst 2 ATP per glucose.

Tussenproducten verlopen via 3-fosfoglyceraat, 2-fosfoglyceraat, fosfoenolpyruvaat en uiteindelijk pyruvaat.

Het lot van Pyruvaat

In eukaryoten komt pyruvaat de mitochondriën binnen onder aërobe omstandigheden om de Krebs-cyclus en de elektronentransportketen van brandstof te voorzien, waardoor extra ATP wordt geproduceerd. Onder hypoxische omstandigheden of omstandigheden met hoge intensiteit wordt pyruvaat via lactaatdehydrogenase gereduceerd tot lactaat, waardoor NAD ⁺ wordt geregenereerd en het mogelijk maken dat de glycolyse doorgaat, een proces dat bekend staat als melkzuurfermentatie.

Kort overzicht van aerobe ademhaling

Aërobe ademhaling omvat de Krebs-cyclus (citroenzuurcyclus) en de elektronentransportketen (ETC). De ETC, gelegen op het binnenste mitochondriale membraan, stimuleert oxidatieve fosforylatie en genereert het grootste deel van ATP.

De nettoreactie van volledige cellulaire ademhaling is:

C6H12O6 + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂ O + 38ATP

Van de 38 ATP komen er 2 uit de glycolyse, 2 uit de Krebs-cyclus en 34 uit de ETC.