De Glycolyse bevat bij de mens en in bijna alle meercellige organismen een biokatalytisch gecontroleerde afbraak van enkelvoudige suikers zoals D-glucose.
Het proces van afbraak en omzetting van glucose naar pyruvaat vindt plaats in tien opeenvolgende stappen en kan zowel onder aërobe als anaërobe omstandigheden plaatsvinden.
Glycolyse wordt gebruikt om energie op te wekken, en pyruvaat vormt een eerste voorbereidende fase voor de biochemische synthese van bepaalde stoffen. De afbraak van koolhydraten van hogere kwaliteit (meerdere suikers) gaat ook door glycolyse na te zijn afgebroken tot enkelvoudige suikers.
Wat is glycolyse?
Glycolyse is een centraal metabolisch proces voor de afbraak van de enkelvoudige suiker D-glucose en vindt plaats in de cellen in het cytosol, het vloeibare deel van het celplasma. Het afbraakproces vindt plaats in 10 opeenvolgende enzymatisch gecontroleerde afzonderlijke stappen. De eindproducten van de totale balans van glycolyse per glucosemolecuul zijn 2 pyruvaatmoleculen, 2 ATP-nucleotiden en 2 NADH-nucleotiden.
De 10 afzonderlijke stappen zijn te verdelen in twee fasen, de voorbereidingsfase van stap 1 naar stap 5 en de aflossingsfase van stap 6 tot 10. De voorbereidingsfase is energetisch negatief voor de stofwisseling, waardoor er energie in de vorm van 2 ATP moet worden aangevoerd. Alleen de amortisatiefase is energetisch positief, zodat er per saldo een energiewinst is in de vorm van 2 ATP nucleotiden en 2 NADH nucleotiden.
In de eerste twee stappen van de glycolyse worden 2 fosfaatgroepen overgebracht naar de glucose, die afkomstig zijn van 2 ATP-nucleotiden (adenosinetrifosfaat) en die daardoor worden omgezet in ADP-nucleotiden (adenosinedifosfaat).
Hoewel de glycolyse tot aan de vorming van het pyruvaat onafhankelijk is van het feit of er oxische (aërobe) of anoxische (anaërobe) omstandigheden heersen, hangt het verdere metabolisme van het pyruvaat af van de vraag of er zuurstof beschikbaar is of niet. Strikt genomen behoren de verdere afbraak- en omzettingsprocessen echter niet meer tot de glycolyse.
Functie en taak
Glycolyse is een van de belangrijkste en meest voorkomende centrale metabolische processen die plaatsvinden binnen een cel. De taak en functie van glycolyse bestaat uit het energetische en materiële metabolisme van de enkelvoudige suiker D-glucose.
Het ATP, dat wordt verkregen als onderdeel van de energiemetabolisme door toevoeging van energie en de overdracht van een fosfaatgroep naar een ADP-nucleotide, dient als energiedrager en energieleverancier. De route via het ATP heeft als voordeel dat de energie kort wordt opgeslagen en niet verloren gaat door warmteafvoer. Daarnaast kan de ATP over korte afstanden naar de plaats worden gebracht waar de energie nodig is.
De energetisch positieve glycolyse voorziet de cel ook van pyruvaat. Het kan ofwel in de citroenzuurcyclus en de daaropvolgende ademhalingsketen worden geïntroduceerd door zuurstof onder zuurstofomstandigheden in de mitochondriën van de cellen te 'consumeren' voor verdere energieopwekking, of het kan worden gebruikt als uitgangsmateriaal voor de synthese van de benodigde stoffen.
De belangrijkste afbraakproducten in de citroenzuurcyclus zijn CO2 (kooldioxide) en H2O (water). De energie die vrijkomt tijdens het oxidatieproces wordt gebruikt in de ademhalingsketen om ADP te fosforyleren naar ATP en wordt daarom voor korte tijd opgeslagen.
De volledige afbraak van glucose tot water en kooldioxide onder toevoeging van zuurstof is energetisch productiever, maar heeft het nadeel dat dit alleen onder oxische omstandigheden kan plaatsvinden, dat wil zeggen onder omstandigheden waarbij moleculaire zuurstof in voldoende hoeveelheden beschikbaar is. Wanneer een hoge prestatie van de skeletspieren vereist is, is de zuurstoftoevoer naar de spiercellen te traag, zodat ze de nodige energie uit de glycolyse moeten halen.
Een ander voordeel van glycolyse is de hoge processnelheid, die vele malen hoger is dan de conversiesnelheid binnen de citroenzuurcyclus.
Ziekten en aandoeningen
Glycolyse belichaamt evolutionair een van de oudste en meest stabiele metabolische processen van levende organismen. Glycolyse werd waarschijnlijk gevormd als een van de fundamentele metabolische processen 3,5 miljard jaar geleden, lang vóór de ontwikkeling van meercellige organismen, omdat alle organismen in staat zijn tot glycolyse en deze gebruiken om energie op te wekken.
Er zijn slechts enkele aandoeningen of ziekten bekend die expliciet in verband worden gebracht met een glycolyse-aandoening. Storingen in het glycolyseproces leiden voornamelijk tot ernstige effecten op de rode bloedcellen (erytrocyten).
Omdat ze geen mitochondriën bevatten, zijn ze afhankelijk van de levering van energie via glycolyse. Als de energietoevoer wordt verstoord, treedt hemolyse op, d.w.z. de membranen van de erytrocyten lossen op en de hemoglobine gaat direct over in het serum. Meestal is er een tekort aan het enzym pyruvaatkinase, waardoor het glycolyseproces wordt onderbroken.
Een andere oorzaak die tot vergelijkbare symptomen leidt, is te vinden in de erytrocyten zelf, als ze niet het noodzakelijke enzym KKR (isoenzym van pyruvaatkinase) hebben.
De ziekte van Tarui (ziekte van Tarui) is een van de weinige ziekten die het glycolyseproces rechtstreeks verstoren. Het is een glycogeenstapelingsziekte. Overtollige glucose in het bloedserum wordt tijdelijk door het lichaam omgezet in polymere suiker (glycogeen), die later indien nodig weer wordt omgezet in glucose om te worden gemetaboliseerd via glycolyse.
In het geval van de ziekte van Tarui leidt een erfelijk genetisch defect tot een tekort aan fosfofructokinase, een enzym dat de fosforylering en omzetting van glucose in fructose-1,6-bifosfaat veroorzaakt (3e stap in de glycolyse). Door het enzymdeficiëntie wordt de glycolyse onderbroken waardoor de skeletspieren niet goed van energie worden voorzien.Pijnlijke spierspasmen en hemolytische anemie, waarbij het membraan van de rode bloedcellen afbreekt, ontwikkelen zich.
