Glucose-6-Phosphat + ADP Glucose-6-Phosphat

Biologie GK 11/2 (Helmich)
Arbeitsblatt: Glycolyse in 9 Schritten
Schritt 1: Phosphorylierung der Glucose
Glucose + ATP ---------> Glucose-6-Phosphat + ADP
Der 1. Schritt der Glycolyse ist die Übertragung eines Phosphat-Restes auf die Glucose. Dadurch wird das
Molekül noch energiereicher als es schon ist. Das katalysierende Enzym heißt Hexokinase und kann durch
das Reaktionsprodukt Glucose-6-Phosphat allosterisch gehemmt werden.
Reaktionstyp:
Energieaspekt:
Gleichgewicht:
Phosphorylierung; Übertragung einer Phosphat-Gruppe
Mit der Phosphorylierung ist eine Anhebung der Glucose auf ein höheres
Energieniveau verbunden (um ca. 16 kJ/mol).
Das Gleichgewicht der Reaktion liegt auf der Produktseite.
Schritt 2: Isomerisierung
Glucose-6-Phosphat -----------> Fructose-6-Phosphat
Reaktionstyp:
Isomerisierung
Energieaspekt:
Keine nennenswerte
Änderung
Im 2. Schritt entsteht ein Isomer des Glucose-6-Phosphats, das Fructose-6-Phosphat.
Hierbei wird lediglich die Struktur des Moleküls verändert; es wird weder Energie in das Molekül
hineingesteckt, noch wird eine Oxidation durchgeführt.
Gleichgewicht:
Das Gleichgewicht liegt auf
der Eduktseite.
Man fragt sich natürlich, wieso dieser Schritt überhaupt notwendig ist. Dazu muß man wissen, daß das
Glucose-Phosphat noch nicht energiereich genug für eine Spaltung in zwei Teilprodukte ist. Es muß erst
noch eine weitere Phosphatgruppe in das Molekül eingeführt werden. Bei der Glucose ist das aber schlecht
möglich, weil sie nur eine CH2OH-Gruppe hat (C-Atom 6). Die Fructose hat dagegen zwei solcher Gruppen
(C-Atome 1 und 6) und kann daher auch noch einmal phosphoryliert werden - oh, jetzt habe ich ja schon den
dritten Schritt verraten....
Merke:
Durch die Isomerisierung entsteht eine zweite CH2OH-Gruppe, die phosphoryliert
werden kann.

Schritt 3: Phosphorylierung des Fructose-6-Phosphats
Fructose-6-Phosphat + ATP ---------> Fructose-1,6-diphosphat + ADP
Durch die Übertragung des zweiten Phosphatrestes wird die Fructose so energiereich, daß die Spaltung im
nächsten Schritt erfolgen kann.
Das katalysierende Enzym dieses 3. Schritts heißt Phosphofructokinase und kann durch ADP aktiviert
sowie durch ATP und Fettsäuren (!) gehemmt werden.
Reaktionstyp:
Energieaspekt:
Gleichgewicht:
Phosphorylierung
Die Energie steigt um 16 kJ/mol
keine Informationen vorhanden
Schritt 4: Spaltung in kleinere Moleküle
Fructose-1,6-Diphosphat ---------->
Glycerinaldehyd-Phosphat + Dihydroxyaceton-Phosphat
Schritt 4.1: Umwandlung in die Kettenform
Hier handelt es sich um eine einfache Isomerisierung; Glucose und Fructose sowie ihre Phosphate können
sowohl in der Ringform wie auch in der Kettenform vorliegen.
Für den folgenden Spaltungsschritt 4.2 muß das Fructose-1,6-diphosphat in der Kettenform vorliegen.
Reaktionstyp:
Energieaspekt:
Gleichgewicht:
Isomerisierung
Keine nennenswerte Energieänderung
Es liegen keine Informationen vor.

Schritt 4.2: Spaltung in kleinere Moleküle.
Im 2. Teil des 4. Schrittes wird das Fructose-1,6-diphosphat-Molekül in ein Glycerinaldehyd-Phosphat- und ein
Dihydroxyaceton-Phosphat-Molekül gespalten:
Fructose-1,6-Diphosphat ---------->
Glycerinaldehyd-Phosphat + Dihydroxyaceton-Phosphat
Die Zeichnung macht deutlich, an welcher Stelle das Kettenmolekül dabei gespalten wird:
Glycerinaldehyd-Phosphat- und Dihydroxyaceton-Phosphat können dabei ineinander umgewandelt werden.
Das Gleichgewicht dieser hier nicht weiter aufgezeichneten Isomerisierungs-Reaktion befindet sich fast
ausschließlich (96%) auf der Seite des Dihydroxyaceton-Phosphats.
Da aber das Glycerinaldehy-Phosphat durch Weiterreaktion ständig aus dem Medium entfernt wird, wird immer
wieder neues Dihydroxyaceton-Phosphat in Glycerinaldehyd-Phosphat umgewandelt.
Reaktionstyp:
Energieaspekt:
Spaltung eines Moleküls
Keine nennenswerte Energieänderung
Gleichgewicht: Das Gleichgewicht liegt stark auf der linken Seite (89%).
Schritt 5 und 6: Oxidation und ATP-Gewinnung
Glycerinaldehyd-Phosphat + NAD + ADP + Pi ---------->
Glycerat-Phosphat + ATP + NADH
Im 5. und 6. Schritt der Glycolyse endlich wird das Glycerinaldehyd-Phosphat oxidiert.
Das Glycerinaldehyd-Phosphat gibt ein Wasserstoffatom und ein Elektron (formal also ein Hydrid-Ion) an ein
NAD + -Ion ab. Das NAD + wird zu NADH reduziert. Das Phosphat PO4 3- wird im 5. Schritt an den C3-Körper
gebunden und im 6. Schritt an ADP abgegeben, welches zu ATP umgewandelt wird.
Dabei verbleibt eines der vier Sauerstoffatome der PO4 3- -Gruppe im C3-Körper und oxidiert die Aldehyd-
Gruppe zur Carboxyl-Gruppe.
Die Oxidation des Glycerinaldehyd-Phosphats ist eine exotherme Reaktion, welche soviel Energie liefert, wie
zur Herstellung eines ATP-Moleküls aus ADP und Phosphat notwendig ist.
Reaktionstyp:
Energieaspekt:
Gleichgewicht:
Oxidation durch H-Entzug und O-Zufuhr
Exotherme Reaktion, es wird soviel Energie abgegeben, daß ATP
synthetisiert werden kann.
Es liegen keine Informationen vor.

Die drei letzten Schritte werden in etwas kürzerer Form behandelt, da sie nicht mehr allzu
kompliziert sind.
Schritt 7: Isomerisierung
Glycerat-3-Phosphat ----------> Glycerat-2-Phosphat
Im 7. Schritt lagert sich das Glycerat-3-Phosphat in das isomere Glycert-2-Phosphat um. Das Energieniveau
der Zwischenprodukte ändert sich hierbei nicht bzw. nicht wesentlich. Ohne diese Isomerisierung kann
der nächste Reaktionsschritt nicht ablaufen.
Schritt 8: Dehydratisierung
Glycerat-Phosphat ------------> Phospho-Enol-Pyruvat + Wasser
Im 8. Schritt wird dem Glycerat-2-Phosphat ein Wasser-Molekül entzogen. Der Energiegehalt des
Moleküls nimmt wegen der so erhaltenen Doppelbindung dabei noch einmal zu.
Schritt 9
PEP + ADP -------------> Pyruvat + ATP
Im 9. Schritt entsteht das Endprodukt der Glycolyse, das Pyruvat:
Die für die Bildung von ATP notwendige Phosphat-Gruppe stammt aus dem PEP-Molekül. Dies ist somit
der 2. Schritt, bei dem ATP gebildet wird.
Die Pyruvatkinase, das Enzym, welches diesen Schritt katalysiert, wird durch Fructose-1,6-
diphosphat aktiviert und durch Citrat (ein sehr wichtiges Zwischenprodukt der aeroben Glucose-
Oxidation) gehemmt. Weiterhin wird das Enzym durch Kalium- und Magnesiumionen aktiviert und durch
Calciumionen, ATP und Fettsäuren gehemmt.