Funktion
Glykolyse tritt im Zytosol der Zelle auf. Es ist ein Stoffwechselweg, der ATP ohne Verwendung von Sauerstoff erzeugt, aber auch in Gegenwart von Sauerstoff auftreten kann. In Zellen, die aerobe Atmung als primäre Energiequelle verwenden, kann das aus dem Weg gebildete Pyruvat im Zitronensäurekreislauf verwendet werden und eine oxidative Phosphorylierung durchlaufen, um zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren., Selbst wenn Zellen in erster Linie oxidative Phosphorylierung verwenden, kann die Glykolyse als Notsicherung für Energie dienen oder als Vorbereitungsschritt vor der oxidativen Phosphorylierung dienen. In stark oxidativem Gewebe wie dem Herzen ist die Produktion von Pyruvat für die Acetyl-CoA-Synthese und die L-Malat-Synthese essentiell. Es dient als Vorläufer für viele Moleküle wie Lactat, Alanin und Oxaloacetat.
Die Glykolyse geht der Milchsäuregärung voraus; das im ersteren Verfahren hergestellte Pyruvat dient als Voraussetzung für das im letzteren Verfahren hergestellte Laktat., Milchsäuregärung ist die primäre ATP-Quelle in tierischen Geweben mit niedrigem Stoffwechselbedarf und wenig bis gar keinen Mitochondrien. In Erythrozyten ist die Milchsäuregärung die einzige ATP-Quelle, da ihnen Mitochondrien fehlen und reife rote Blutkörperchen wenig ATP benötigen. Ein anderer Teil des Körpers, der ganz oder fast vollständig auf anaerobe Glykolyse angewiesen ist, ist die Augenlinse, die frei von Mitochondrien ist, da ihre Anwesenheit zu Lichtstreuung führen würde.,
Obwohl die Skelettmuskulatur es vorzieht, Glukose während schweren Trainings, bei denen die Sauerstoffmenge unzureichend ist, in Kohlendioxid und Wasser zu katalysieren, werden die Muskeln gleichzeitig einer anaeroben Glykolyse zusammen mit einer oxidativen Phosphorylierung unterzogen.
Regulierung
Glukose
Die für den Prozess verfügbare Glukosemenge reguliert die Glykolyse, die hauptsächlich auf zwei Arten verfügbar wird: Regulierung der Glukoserückaufnahme oder Regulierung des Glykogenabbaus. Glucosetransporter (GLUT) transportieren Glukose von der Außenseite der Zelle nach innen., Zellen, die GLUT enthalten, können die Anzahl der GLUT in der Plasmamembran der Zelle aus der intrazellulären Matrix erhöhen, wodurch die Aufnahme von Glukose und die Zufuhr von Glukose zur Glykolyse erhöht werden. Es gibt fünf Arten von GLUTs. GLUT1 ist in RBCs, Blut-Hirn-Schranke und Blut-Plazenta-Schranke vorhanden. GLUT2 ist in der Leber, Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse, Niere und Magen-Darm (GI) Trakt. GLUT3 ist in Neuronen vorhanden. GLUT4 ist in Adipozyten, Herz und Skelettmuskel. GLUT5 transportiert spezifisch Fructose in Zellen., Eine andere Form der Regulierung ist der Abbau von Glykogen. Zellen können zusätzliche Glukose in Form von Glykogen speichern, wenn der Glukosespiegel im Zellplasma hoch ist. Umgekehrt kann Glykogen bei niedrigen Spiegeln wieder in Glukose umgewandelt werden. Zwei Enzyme steuern den Abbau von Glykogen: Glykogenphosphorylase und Glykogensynthase. Die Enzyme können durch Rückkopplungsschleifen von Glucose oder Glucose-1-Phosphat oder durch allosterische Regulation durch Metaboliten oder durch Phosphorylierung/Dephosphorylierungskontrolle reguliert werden.,
Allosterische Regulatoren und Sauerstoff
Wie zuvor beschrieben, sind viele Enzyme am glykolytischen Weg beteiligt, indem sie ein Zwischenprodukt in ein anderes umwandeln. Die Kontrolle dieser Enzyme wie Hexokinase, Phosphofructokinase, Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase und Pyruvatkinase kann die Glykolyse regulieren. Die verfügbare Sauerstoffmenge kann auch die Glykolyse regulieren. Der „Pasteur-Effekt“ beschreibt, wie die Verfügbarkeit von Sauerstoff die Wirkung der Glykolyse verringert und eine verminderte Verfügbarkeit zumindest anfänglich zu einer Beschleunigung der Glykolyse führt., Die Mechanismen, die für diesen Effekt verantwortlich sind, umfassen die Beteiligung von allosterischen Regulatoren der Glykolyse (Enzyme wie Hexokinase). Der „Pasteur-Effekt“ scheint hauptsächlich in Gewebe mit hohen mitochondrialen Kapazitäten wie Myozyten oder Hepatozyten aufzutreten, aber dieser Effekt ist in oxidativem Gewebe wie Pankreaszellen nicht universell.
Enzyminduktion
Ein weiterer Mechanismus zur Steuerung der glykolytischen Raten ist die Transkriptionskontrolle glykolytischer Enzyme. Durch die Änderung der Konzentration der Schlüsselenzyme kann sich die Zelle ändern und sich an Veränderungen des Hormonstatus anpassen., Zum Beispiel kann eine Erhöhung des Glukose-und Insulinspiegels die Aktivität von Hexokinase und Pyruvatkinase erhöhen, wodurch die Produktion von Pyruvat erhöht wird.
PFK-1
Fructose 2,6-Bisphosphat ist ein allosterischer Regulator von PFK-1. Hohe Fructose-2,6-Bisphosphat-Spiegel erhöhen die Aktivität von PFK-1. Seine Produktion erfolgt durch die Wirkung von Phosphofructokinase-2 (PFK-2). PFK-2 hat sowohl Kinase – als auch Phosphorylaseaktivität und kann Fructose-6-Phosphate in Fructose-2,6-Bisphosphat umwandeln und umgekehrt., Insulindesphosphorylate PFK-2, und dies aktiviert seine Kinaseaktivität, die den Fructose-2,6-Bisphosphatspiegel erhöht, der anschließend PFK-1 aktiviert. Glucagon kann auch PFK-2 phosphorylieren, und dies aktiviert die Phosphatase, die Fructose 2,6-Bisphosphat zurück in Fructose 6-Phosphat umwandelt. Diese Reaktion verringert die Fructose-2,6-Bisphosphat-Spiegel und verringert die PFK-1-Aktivität.