Door Kevin Beck, bijgewerkt op 30 augustus 2022

Glucose is de essentiële brandstof die elke levende cel van energie voorziet. Wanneer de suiker met zes koolstofatomen het plasmamembraan passeert, wordt deze onmiddellijk gefosforyleerd en vormt glucose-6-fosfaat (G-6-P). Het toegevoegde fosfaat heeft een negatieve lading, waardoor het molecuul in het cytoplasma wordt vastgehouden en de weg wordt vrijgemaakt voor ATP-synthese.

Glucose in de cel:een snel overzicht

Ook bekend als dextrose in niet-biologische contexten en bloedsuiker in klinische omgevingen, glucose (C₆ H₁₂ O₆ ) is een belangrijk metabolisch substraat. Bij een gemiddelde volwassene is de bloedglucose gemiddeld 100 mg/dl, wat overeenkomt met ongeveer 4 g suiker die in de 4 liter bloed circuleert.

Prokaryoten versus eukaryoten

Prokaryotische cellen hebben geen mitochondriën, dus zijn ze vrijwel volledig afhankelijk van glycolyse om energie te genereren. Eukaryote cellen daarentegen maken gebruik van zowel glycolyse als het mitochondriale oxidatieve fosforylatiesysteem om veel meer ATP per glucosemolecuul te produceren.

Het glycolytische pad

Glycolyse bestaat uit tien door enzymen gekatalyseerde reacties die één glucosemolecuul in twee pyruvaatmoleculen splitsen, wat een netto opbrengst oplevert van twee ATP en twee NADH:

C₆ H₁₂ O₆ → 2C₃ H₄ O₃ + 2ATP + 2NADH

Hieronder vindt u een beknopte wandeling door het traject.

Eerste stappen

• Glucose → G‑6‑P (via hexokinase); ATP → ADP.
• G‑6‑P → F‑6‑P (fosfoglucose-isomerase).
• F‑6‑P → F‑1,6‑BPG (fosfofructokinase); nog een ATP verbruikt.
• F-1,6-BPG opgesplitst in glyceraldehyde-3-fosfaat (GAP) en dihydroxyacetonfosfaat (DHAP) (aldolase).
• DHAP → GAP (triosefosfaatisomerase).

Energieopwekkende stappen

• GAP → 1,3-bisfosfoglyceraat (1,3-BPG) (glyceraldehyde-3-fosfaatdehydrogenase); NAD⁺ → NADH.
• 1,3-BPG → 3-fosfoglyceraat (3-PG) (fosfoglyceraatkinase); ATP geproduceerd.
• 3‑PG → 2‑fosfoglyceraat (2‑PG) (fosfoglyceraatmutase).
• 2‑PG → fosfoenolpyruvaat (PEP) (enolase).
• PEP → pyruvaat (pyruvaatkinase); uiteindelijke ATP-opbrengst.

Voorbij glycolyse

Eenmaal gevormd volgt pyruvaat een van de volgende twee loten:

• Fermentatie (anaeroob) – Pyruvaat wordt gereduceerd tot lactaat, waardoor NAD⁺ wordt geregenereerd, zodat de glycolyse kan doorgaan in afwezigheid van zuurstof.
• Aërobe ademhaling – Pyruvaat komt de mitochondriën binnen, wordt omgezet in acetyl-CoA en voedt de Krebs-cyclus. De cyclus produceert extra NADH, FADH₂ en een kleine hoeveelheid ATP.

Daaropvolgende activiteit van de elektronentransportketen maakt gebruik van de hoogenergetische elektronen van NADH en FADH₂ om ongeveer 34 extra ATP-moleculen per glucosemolecuul te genereren, waarbij zuurstof als de uiteindelijke elektronenacceptor fungeert.

Belangrijkste punten

Glucosefosforylering houdt de suiker vast in de cel, waardoor deze beschikbaar komt voor de stapsgewijze productie van ATP. Terwijl prokaryoten alleen afhankelijk zijn van glycolyse, combineren eukaryote cellen glycolyse met mitochondriale oxidatieve fosforylering voor efficiënte energie-extractie.