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Glykolyse – Bedeutung und Bilanz

Die Glykolyse ist ein zentraler, anaerober Prozess in Zellen, bei dem Glucose zur Energiegewinnung abgebaut wird. Dabei entsteht Pyruvat, ein wichtiges Zwischenprodukt für den Stoffwechsel, sowie das energiereiche Molekül ATP. Durch Phosphorylierung und Oxidation in zwei Hauptphasen - Vorbereitungs- und Ertragsphase - erfolgt die Umwandlung. Finde heraus, wie dieser Prozess reguliert ist im folgenden Artikel.

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Mtoto
Glykolyse – Bedeutung und Bilanz
lernst du in der Sekundarstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Beschreibung zum Video Glykolyse – Bedeutung und Bilanz

Was ist die Glykolyse? Warum ist die Glykolyse so wichtig für uns und wo findet sie statt? In diesem Video wird dir der Stoffwechselprozess der Glykolyse einfach erklärt. Schritt für Schritt wirst du durch die einzelnen Reaktionsschritte geleitet. Abschließend erhältst du eine Zusammenfassung zur Glykolyse.
In Anschluss an das Video Glykolyse – Bedeutung und Bilanz kannst du dein Wissen zur Glykolyse mit einem Arbeitsblatt und Übungsaufgaben testen.

Grundlagen zum Thema Glykolyse – Bedeutung und Bilanz

Glykolyse – einfach erklärt

Unser Gehirn und unsere Muskeln brauchen ständig Energie, um zu funktionieren. Doch wie produziert unser Körper diese Energie und in welcher Form? Der Prozess, der Energie liefert, heißt Zellatmung. Die Glykolyse (auch Glycolyse) stellt dabei den ersten Schritt der Zellatmung dar.

Die Glykolyse ist ein essenzieller Stoffwechselweg. Sie beschreibt schrittweise den Abbau von Glucose (Traubenzucker) zu Pyruvat, einem wichtigen Zwischenprodukt der Zellatmung. Dabei wird das Energieäquivalent Adenosintriphosphat, kurz ATP, gebildet.

Die folgende Abbildung zeigt eine vereinfachte Übersicht der Glykolyse, also des Abbaus von Glucose (auch: Glukose) zu Pyruvat.

Glykolyse Übersicht

ATP besitzt drei Phosphatreste $\left( \ce{P} \right)$. Wird ein Phosphatrest abgespalten, entsteht Adenosindiphosphat, kurz ADP, und Energie wird freigesetzt. Sowohl ATP als auch ADP kommen frei in der Zelle vor. Der Ort der Glykolyse ist das Zellplasma.
Die Glykolyse ist in der Evolution einer der ältesten Stoffwechselprozesse, den viele Organismen zur Energiegewinnung nutzen. Sie ist ein anaerober Prozess und benötigt daher keinen Sauerstoff. Das ist ein Indiz dafür, dass sich dieser Prozess entwickelte, noch bevor sich unsere heutige Atmosphäre gebildet hat. Die jetzige Atmosphäre zeichnet sich durch einen hohen Sauerstoffanteil aus, den es in der Uratmosphäre nicht gab.
Übrigens: Erst im Jahr 1940 konnte dieser Stoffwechselweg vollständig aufgeklärt werden. Einen großen Beitrag leisteten die Forscher Gustav Embden, Otto Meyerhof und Jakub Karol Parnas, weswegen die Glykolyse manchmal auch als Embden‑Meyerhof‑Parnas‑Weg bezeichnet wird.

Glykolysegleichung – Erklärung

Betrachtet man die Nettogleichung der Glykolyse, wird ein Molekül Glucose in zwei Moleküle Pyruvat umgewandelt. Dabei entstehen zwei Moleküle ATP.

$\text{Glucose} + 2~\text{Phosphat }+ 2~\text{NAD}^+ \longrightarrow 2~\text{Pyruvat} + 2~\text{ATP} + 2~\text{NADH/H}^+ + 2~\text{H}_2\text{O}$

$\text{NAD}$ ist ein wichtiges Coenzym und ist an vielen Redoxreaktionen im Stoffwechsel beteiligt. In Form von $\text{NAD}^+$ ist es ein Oxidationsmittel, $\text{NADH/H}^+$ dient als Reduktionsmittel.

Ort der Glykolyse

Die Glykolyse findet bei Eukaryoten in allen lebenden Körperzellen statt. Die beteiligten Enzyme sind im Cytosol lokalisiert, das ist der flüssige Bestandteil des Cytoplasmas.

Glykolyse – Ablauf

Was passiert bei der Glykolyse? Im Laufe der Glykolyse wird durch Phosphorylierung und Oxidation Energie frei. Als Endprodukt entsteht Pyruvat, eine Triose mit drei Kohlenstoffatomen.
Den gesamten Reaktionsverlauf kann man in zwei Phasen einteilen:

  • 1. Phase: Vorbereitungsphase (Phosphorylierung der Glucose und Spaltung in $\ce{C3}$-Fragmente)
  • 2. Phase: Ertragsphase (Umwandlung in Pyruvat)

Vorbereitungsphase der Glykolyse

Die erste Phase der Glykolyse wird auch als Vorbereitungsphase oder Investitionsphase bezeichnet. Hier muss erst einmal Energie in Form von ATP investiert werden, um Glucose in zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat umzuwandeln. Das Glucosemolekül setzt sich aus sechs Kohlenstoffatomen und zählt daher zu den Hexosen.

In der folgenden Abbildung sind die ersten drei Schritte der Vorbereitungsphase schematisch dargestellt:

Biologie: Was passiert bei der Glykolyse? Schema Vorbereitungsphase

Sehen wir uns die Schritte der Vorbereitungsphase nun im Einzelnen an.

1. Phosphorylierung von Glucose

Im ersten Schritt wird an die Glucose eine Phosphatgruppe angehängt. Dieser Schritt heißt auch Phosphorylierung und wird von dem Enzym Hexokinase katalysiert. Es entsteht Glucose‑6‑phosphat. Dieser Schritt verbraucht bzw. benötigt Energie und dabei wird ein Molekül ATP zu ADP umgewandelt.

2. Isomerisierung

Als Nächstes erfolgt die Isomerisierung zu Fructose‑6‑phosphat, katalysiert durch das Enzym Glucose‑6‑phosphatisomerase. Dabei ändert sich die Ringstruktur, ohne dass sich die Summenformel ändert.

3. Phosphorylierung

Es schließt sich eine zweite Phosphorylierung an, katalysiert durch Phosphofructokinase, und Fructose‑1,6‑bisphosphat entsteht – wieder unter Verbrauch eines Moleküls ATP.

4. Aufspaltung in Triosen

Der vierte und fünfte Schritt der Vorbereitungsphase sind in der nächsten Abbildung dargestellt.
Der vierte Schritt beschreibt die Spaltung des $\ce{C6}$-Kohlenhydrats (Hexose) in zwei $\ce{C3}$-Fragmente (Triosen). Fructose‑1,6‑bisphosphat wird durch das Enzym Aldolase in die Triosen Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd‑3‑phosphat gespalten. Beide Moleküle besitzen je eine Phosphatgruppe und sind ineinander umwandelbar, jedoch kann nur die Variante des Glycerinaldehyd‑3‑phosphats in der Glykolyse weiterverwendet werden.

5. Isomerisierung

Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd‑3‑phosphat sind beides Isomere. Da nur Glycerinaldehyd‑3‑phosphats in der Glykolyse weiterverwendet werden kann, passiert nun eine Umlagerung von Dihydroxyacetonphosphat zu Glycerinaldehyd‑3‑phosphat, katalysiert durch eine Isomerase (Triosephosphatisomerase).

Was passiert bei der Glykolyse? Schritte der Glykolyse Erklärung Schema Isomerisierung

Ertragsphase

Die zweite Phase der Glykolyse wird auch als Ertragsphase bezeichnet. In der Ertragsphase wird Energie freigesetzt. Die nachfolgenden Reaktionen laufen pro Glucosemolekül je zweimal ab, da am Ende der Vorbereitungsphase zwei Triosen entstanden sind.

6. Oxidation

Zunächst wird Glycerinaldehyd‑3‑phosphat durch Oxidation und Aufnahme einer Phosphatgruppe in 1,3‑Bisphosphoglycerat umgewandelt. Dabei werden zwei Wasserstoffatome auf das Coenzym $\text{NAD}^+$ übertragen. Es entsteht $\text{NADH/H}^+$.

7. Erste ATP-Gewinnung

1,3‑Bisphosphoglycerat überträgt eine seiner Phosphatgruppen auf ein Adenosindiphosphat, kurz ADP. Dadurch werden das erste ATP und 3‑Phosphoglycerat gebildet.

8. Isomerisierung

Aus 3‑Phosphoglycerat entsteht durch Umlagerung 2‑Phosphoglycerat.

9. Abspaltung von Wasser

Im vorletzten Schritt wird Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$ abgespalten und Phosphoenolpyruvat gebildet.

10. Zweite ATP-Gewinnung

Zuletzt wird die verbliebene Phosphatgruppe erneut an ein ADP abgegeben. Ein zweites ATP und Pyruvat als Endprodukt der Glykolyse entstehen.

Die Schritte der Ertragsphase sind in der folgenden Abbildung schematisch dargestellt:

Was passiert bei der Glykolyse? Energiebilanz Glykolyse Schema vereinfacht

Auf der linken Seite sind die Molekülstrukturen der jeweiligen Zwischenprodukte abgebildet. Die beteiligten Enzyme sind in grün aufgeführt.

Anaerobe und aerobe Glykolyse

Je nachdem, ob Sauerstoff vorhanden ist oder nicht, können wir zwischen anaerober Glykolyse (ohne Sauerstoff) und aerober Glykolyse (mit Sauerstoff) unterscheiden.
In den bisherigen Reaktionen war zwar kein Sauerstoff notwendig, doch spielt dieser eine Rolle im weiteren Stoffwechselprozess des Pyruvats.

Ohne Sauerstoff, also unter anaeroben Bedingungen, wird Pyruvat zu Lactat reduziert. Dabei wird $\text{NADH}$ zu $\text{NAD}^+$ oxidiert, was für die weitere Glykolyse verwendet werden kann.

Mit Sauerstoff, also unter aeroben Bedingungen, wird Pyruvat zunächst oxidiert und in die Atmungskette eingespeist. Hier kann schließlich ATP generiert werden.

Glykolyse – Energiebilanz

Wie schon zu Beginn angedeutet, dient die Glykolyse der Energiegewinnung. Wie sieht die Energiebilanz nach den drei Stufen der Glykolyse aus? In der ersten Stufe werden zwei Moleküle ATP verbraucht. Nach der Spaltung in Triosen erfolgt die Umwandlung zu Pyruvat. Je Triose werden zwei Moleküle ATP und ein Coenzym $\text{NADH/H}^+$ gewonnen. Insgesamt bringt die dritte Stufe vier Moleküle ATP und zwei Coenzyme $\text{NADH/H}^+$.

Die Energiebilanz der Glykolyse lässt sich in einer Gleichung wie folgt ausdrücken:

$ \underbrace{-2~\text{ATP}}_{\text{Vorbereitungsphase}} \underbrace{+4~\text{ATP}+2~\text{NADH/H}^+}_{\text{Ertragsphase}}=\underbrace{+2~\text{ATP}+2~\text{NADH/H}^+}_{\text{Gewinn}} $

$\text{NADH/H}^+$ ist im weiteren Verlauf der Zellatmung wichtig, um weitere Moleküle ATP zu gewinnen. Ein Großteil der Energie aus der Glucose steckt noch im Endprodukt Pyruvat, das im zweiten Schritt der Zellatmung, im Citratzyklus, umgesetzt wird.

Bedeutung der Glykolyse

Die Glykolyse nimmt eine zentrale Stellung in unserem Stoffwechsel ein. Sie liefert Energie in Form von ATP sowie $\text{NADH} + \ce{H^+}$, ein wichtiges Reduktionsmittel. Als Endprodukt der Glykolyse entsteht Pyruvat, das die Basis für die Bildung von Fettsäuren, Aminosäuren und Porphyrinen (Hämoglobin und Chlorophyll) ist.
Die Glykolyse hat zudem einen Einfluss auf das Glucose-Level in unserem Blut, den Blutzucker. Würde die Glykolyse ungehindert und ständig stattfinden, würde der Blutzuckerspiegel abfallen und einen lebensbedrohlichen Zustand einleiten. Damit das nicht passiert, wird die Glykolyse stark reguliert.

Glykolyse – Regulation

Sind wir aktiv, brauchen wir viel Energie. Ruhen wir, ist der Energiebedarf gering. Doch wie funktioniert die Regulation der Glykolyse? Enzyme, die irreversible (nicht umkehrbare) Reaktionen katalysieren, sind potenzielle Kontrollpunkte im Stoffwechsel. In der Glykolyse sind das drei Enzyme: Hexokinase, Phosphofructokinase und Pyruvatkinase.
Die Phosphofructokinase ist der wichtigste Kontrollpunkt der Glykolyse in Säugetieren. Ist ATP im Überschuss vorhanden, wird das Enzym gehemmt, der Prozess wird verlangsamt. Steigt der Energiebedarf durch Aktivität wieder an, steigt das Level von Adenosinmonophosphat (AMP) in der Zelle. AMP hebt die hemmende Wirkung von ATP auf und die Aktivität der Phosphofructokinase steigt wieder an. Die Glykolyse wird angeregt und in der Zelle wird wieder mehr ATP produziert.

Glykolyse und Zellatmung

Unter aeroben Bedingungen, wenn also Sauerstoff vorhanden ist, kann Glucose vollständig abgebaut werden. Der komplette Abbau bis zum Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$ findet im Prozess der Zellatmung statt – die Glykolyse ist der erste Teil der Zellatmung.

Zusammenfassung der Glykolyse

  • Die Glykolyse beschreibt den schrittweisen Abbau von Glucose zu Pyruvat, bei dem ATP gewonnen wird.
  • Sie findet im Cytoplasma, genauer gesagt im Cytosol statt.
  • Der Reaktionsverlauf lässt sich in zwei Phasen, die Vorbereitungsphase/Investitionsphase und die Ertragsphase (mit insgesamt zehn Teilschritten) einteilen.
  • Je nach weiterer Prozessierung des Pyruvats unterscheidet man zwischen der aeroben und der anaeroben Glykolyse.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Glykolyse

Was ist Glykolyse einfach erklärt?
Wo läuft die Glykolyse ab?
Ist die Glykolyse aerob oder anaerob?
Warum muss bei der Glykolyse erst Energie investiert werden?
Was wird bei der Glykolyse gewonnen?
Welche Produkte entstehen bei der Glykolyse?
Wann findet Glykolyse statt?
Über welche Transporter wird Glucose in die Zelle aufgenommen?
Welche zwei Phasen lassen sich bei der Glykolyse unterscheiden?
Was ist der Unterschied zwischen Glucose und Glykogen?
Wo bzw. wann findet aerobe Glykolyse statt?
Wo bzw. wann findet anaerobe Glykolyse statt?
Wie wird die Glykolyse reguliert?
Was ist die Energiebilanz der aeroben/anaeroben Glykolyse?
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Vorschaubild einer Übung

Transkript Glykolyse – Bedeutung und Bilanz

Hallo! Vor Prüfungen und wenn du dich beim Sport richtig schlapp fühlst, hast du bestimmt schon mal Traubenzucker gegessen. Das gibt neue Energie für Gehirn und Muskeln. Ein anderes Wort für Traubenzucker ist Glucose und es ist in allen Lebensmitteln mit Kohlenhydraten enthalten, zum Beispiel in Honig, Obst, Gemüse, Brot und Süßigkeiten. In diesem Video geht es um die Nutzbarmachung dieser Energie. Der erste Schritt dieser Zellatmung ist die Glykolyse. Du wirst mehr über den genauen Ablauf, die Energiebilanz und Regulation erfahren. Beginnen wir mit dem Ablauf. Zunächst solltest du wissen, dass Glucose eine Hexose ist, also aus sechs Kohlenstoffatomen besteht. Durch Umwandlung, wie Phosphorylierung und Oxidation, wird Energie frei, die in Form von ATP und NADH gespeichert wird. Außerdem entsteht Pyruvat, eine Triose mit drei Kohlenstoffatomen. Hier siehst du das Glucose-Molekül. Das kennst du schon aus dem Chemieunterricht. Als erstes wird es phosphoryliert. Das heißt, eine Phosphatgruppe wird angehangen. Dadurch ist das Molekül in der Zelle gefangen und kann der Glykolyse nicht mehr entkommen. Zugleich wird es aktiviert. Von Nachteil ist, dass für diesen Schritt Energie verbraucht wird, nämlich ein Molekül ATP. Das neu entstandene Glucose-6-phosphat wird zu Fruktose-6-phosphat umgebaut. Wieder unter Energieverbrauch entsteht Fruktose-1,6-bisphosphat durch eine zweite Phosphorylierung. Im vierten Schritt kommt es endlich zur Spaltung in zwei Triosen. Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat entstehen. Beide Moleküle besitzen je eine Phosphatgruppe und sind ineinander umwandelbar. Kommen wir zum eigentlichen Energiegewinn. Alles beginnt mit einer Oxidation. Zwei Wasserstoffatome werden auf den Akzeptor NAD+ übertragen. Es entsteht NADH und H und 1,3-Bisphosphoglycerat. Eine Phosphatgruppe wird in der folgenden Reaktion auf ADP übertragen. Das erste ATP wurde gebildet, außerdem 3-Phosphoglycerat. Da die Phosphatgruppe an ein anderes Kohlenstoffatom springt, entsteht 2-Phosphoglycerat. Im vorletzten Schritt wird Wasser abgespalten. Der neue Stoff heißt Phosphoenolpyruvat. Fast am Ende: Zuletzt wird die verbliebene Phosphatgruppe an ADP abgegeben. Ein zweites ATP entsteht und Pyruvat als Endprodukt der Glykolyse. Geschafft. Die Bilanz des Ganzen ist ein bisschen kompliziert. Zunächst einmal muss man verstehen, welche Stoffe entscheidend sind. Das ist zunächst ATP, Adenosintriphosphat. Dieser Stoff ist sehr energiereich und quasi für unseren Körper wie Benzin für ein Auto. Es ist unsere Energiewährung. Zu Beginn haben wir zwei ATP ausgegeben während der Phosphorylierung. Dann kam die Spaltung in Triosen. Pro Triose haben wir zwei ATP gewonnen und jeweils ein NADH. Das macht vier ATP und 2 NADH. Minus die zwei verbrauchten ATP vom Anfang bleiben zwei ATP und zwei NADH. NADH ist ein Reduktionsäquivalent, mit dem später im Verlauf der Atmungskette ATP gewonnen wird. Ein Großteil der Energie steckt aber immer noch im Endprodukt Pyruvat. Die wird im zweiten Schritt der Zellatmung freigesetzt, im Citratzyklus. Natürlich muss so ein Prozess auch reguliert werden. Brauchst du viel Energie, wird viel Energie in deinen Zellen nutzbar gemacht, brauchst du wenig, die Energieproduktion eingeschränkt. Hier siehst du noch einmal die ganze Reaktionskette. Kurz vor der Spaltung der Hexose in zwei Triosen setzt die Regulation an mit dem Enzym Phosphofruktokinase. Dieses Enzym katalysiert die Bildung von Fruktose-1,6-bisphosphat aus Fruktose-6-phosphat. Die Reaktion läuft also schneller ab. Ist viel ATP vorhanden, wird das Enzym gehemmt. Die Reaktion läuft langsamer ab und es wird weniger ATP gebildet. Hat die Zelle hingegen einen großen Energiebedarf, sind vor allem ADP und AMP vorhanden, also Adenosinmonophosphat mit nur einer Phosphatgruppe. Diese aktivieren den Katalysator Phosphofruktokinase. Die Glykolyse läuft schneller ab und in der Zelle wird mehr ATP produziert. Fassen wir noch einmal zusammen: Durch Phosphorylierung wird ein Glucose-Molekül aktiviert und kann die Zellmembran nicht mehr passieren. Unter Verbrauch von zwei ATP, also zweimaliger Phosphorylierung, entsteht Fruktose-1,6-bisphosphat. Die Hexose wird in zwei Triosen gespalten. Alle folgenden Reaktionen finden also zweimal statt. Durch Oxidation wird energiereiches NADH gebildet. In mehreren Schritten entsteht zweimal ATP und schließlich das Endprodukt Pyruvat, das in den Citratzyklus eingeht. Insgesamt werden zwei ATP verbraucht. Vier ATP und zwei Moleküle NADH entstehen. Die Energiegewinnung wird durch das Enzym Phosphofruktokinase reguliert, das durch ATP gehemmt wird und durch ADP und AMP aktiviert. Ich hoffe, du hast viel gelernt. Tschüss!

11 Kommentare
11 Kommentare
  1. Hallo Frau Salomon,
    vielen Dank für den Hinweis. Die Übertragung des anorganischen Phosphats wurde zur Vereinfachung der Darstellung im Video nicht eingezeichnet. 1,3-Bisphosphoglycerat enthält jedoch dieses Phosphat.
    Im Lerntext zum Video sind die einzelnen Schritte noch einmal detaillierter beschrieben. Dort wird auch die Übertragung des anorganischen Phosphats erklärt und die Strukturformeln der unterschiedlichen Moleküle sind dargestellt. Ich hoffe, das hilft Ihnen weiter!
    Viele Grüße aus der Redaktion

    Von Sarah Franz, vor fast 2 Jahren
  2. Im Zusammenhang mit der ersten Oxidation der Triose/Reduktion des NAD+ fehlt die Übertragung des anorganischen Phosphats auf die Triose. Im Video werden zwei Phosphate von der Triose auf 2 ADP übertragen, an der Trios befindet sich aber fälschlicherweise nur ein Phosphat, da dieser Schritt fehlt.

    Von Katharina Salomon, vor fast 2 Jahren
  3. Hallo Frau Stegner,
    da haben Sie völlig recht! Der Fehler wurde vermerkt und wird baldmöglichst korrigiert. Vielen Dank für den Hinweis!
    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 3 Jahren
  4. Unglücklich dargestellt ist NAD+: wenn eine Dehydrierung stattfindet und dieses Molekül Wasserstoff aufnimmt, wird daraus nicht NADH und H, sondern NADH+H+- die Ladung des Moleküls kann nicht einfach verschwinden.

    Von Deleted User 1730640, vor fast 3 Jahren
  5. also das ist mehr als nötig fürs abi lmaoo

    Von Alfred 4, vor fast 3 Jahren
Mehr Kommentare

Glykolyse – Bedeutung und Bilanz Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Glykolyse – Bedeutung und Bilanz kannst du es wiederholen und üben.
  • Fasse den grundlegenden Ablauf der Glykolyse zusammen.

    Tipps

    Glucose wird über zwei Zwischenschritte in Fructose-1,6-bisphosphat umgesetzt. Dabei werden 2 Moleküle $ATP$ investiert.

    Im weiteren Verlauf wird Fructose-1,6-bisphosphat gespalten und die Produkte in weiteren Zwischenschritten zu zwei Molekülen Pyruvat umgesetzt.

    Glycerinaldehyd-3-phosphat wird zu 1,3-Bisphosphoglycerat umgesetzt. Da dies zweimal geschieht, werden auch 2 Moleküle $NADH+\ce{H+}$ erzeugt.

    Lösung

    Grundlegend wird bei der Glykolyse ein Molekül Glucose zu zwei Molekülen Pyruvat umgesetzt. Dafür werden zwei Moleküle $ATP$ investiert, später aber vier Moleküle $ATP$ und zwei Moleküle $NADH$ erzeugt. Als weiteres Produkt entsteht ein Molekül $\ce{H2O}$.

  • Stelle den Ablauf der Glykolyse grafisch dar.

    Tipps

    Bei der Glykolyse werden erst 2 Mol $ATP$ investiert. Bei den nächsten Zwischenschritten werden insgesamt 4 Mol $ATP$ gewonnen.

    Der Ausgangsstoff für die Glykolyse ist Traubenzucker.

    Lösung

    Glucose wird über zwei Zwischenschritte zu Fructose-1,6-bisphosphat umgewandelt. Dabei werden 2 Mol $ATP$ verbraucht. Fructose-1,6-bisphosphat (Hexose) wird im nächsten Schritt in zwei Triosen gespalten: Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroxyacetonphosphat, wobei Letzteres im nächsten Schritt ebenfalls zu Glycerinaldehyd-3-phosphat umgebaut wird. Somit laufen alle nachfolgenden Reaktionen doppelt ab.
    Bis zur Bildung von Pyruvat konnte Energie in Form von 4 Mol $ATP$ und 2 Mol $NADH$ gebildet werden, außerdem entstehen 2 Mol $\ce{H2O}$.

    Zur Erinnerung: Mol ist die Einheit der Stoffmenge. Bei chemischen Reaktionen dient sie als Mengenangabe.

  • Erkläre die Regulatorfunktion der Phosphofruktokinase.

    Tipps

    Phosphofruktokinase katalysiert die Umwandlung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat.

    Wenn viel ATP vorhanden ist, wird das Enzym Phosphofruktokinase in seiner Aktivität gehemmt. Es wandelt in der gleichen Zeit weniger Moleküle um als vorher.

    Lösung

    Wie du in der Abbildung rechts sehen kannst, katalysiert das Enzym Phosphofruktokinase die Umwandlung von Fructose-6-phosphat zu Fructose-1,6-bisphosphat. Der Katalysator steigert die Geschwindigkeit, mit der diese Umwandlung stattfindet.

    Ist viel ATP vorhanden, wird das Enzym gehemmt. Es wird also weniger Fructose-6-phosphat umgewandelt.

    Ist dagegen wenig ATP vorhanden, dafür aber viel ADP oder AMP, wird die Phosphofruktokinase aktiviert. Es wird wieder mehr Fructose-6-phosphat umgewandelt.

  • Ermittle die Energiebilanz der Glykolyse.

    Tipps

    Die Zellatmung ist in drei Abschnitte gegliedert. Sie beginnt mit der Glykolyse.

    Ein Mol Glucose wird bei der Glykolyse in zwei Mol Pyruvat umgesetzt.

    Bei der Glykolyse werden vier Mol $ATP$ gewonnen, allerdings wird in den ersten Zwischenschritten, bei der Umwandlung von Glucose zu Pyruvat, Energie in Form von 2 Mol $ATP$ investiert. Deshalb werden in der Nettoenergiebilanz 2 Mol $ATP$ angegeben.

    Lösung

    Puh, als LehrerIn hat man es manchmal nicht leicht, wenn es um die Korrektur von Klausuren geht. Schauen wir uns die fünf SchülerInnentexte mal genauer an:

    1. Bei der Glykolyse wird 1 Mol Glucose in 2 Mol Pyruvat umgewandelt (nicht in 1 Mol). Die ca. 38 Mol $ATP$ werden in der gesamten Zellatmung gewonnen – bei der Glykolyse „nur“ 2 Mol.
    2. Die Glykolyse hat mit der Fotosynthese nicht allzu viel zu tun, im Gegenteil: Die Zellatmung ist ja quasi eine gegenteilige Fotosynthese, wenn man sich die Nettobilanzen anschaut. Und Sonnenenergie entsteht natürlich nicht, weder bei der Fotosynthese noch bei der Zellatmung.
    3. Die Glykolyse ist der erste Abschnitt der Zellatmung. Die oxidative Decarboxylierung findet im Anschluss statt. Die Energiebilanz der Glykolyse sieht schon ziemlich gut aus, ein paar Fehler haben sich leider trotzdem eingeschlichen. Die korrekte Energiebilanz siehst du weiter unten.
    4. Wundervoll, hier ist alles richtig!
    5. Dass in der Atmungskette der Hauptanteil von ATP gebildet wird, ist hier eigentlich richtig erkannt worden. Allerdings werden auch in der Glykolyse netto 2 Mol $ATP$ gebildet, dazu auch noch 2 Mol $NADH$.
    Die Gesamtbilanz der Glykolyse kann folgendermaßen zusammengefasst werden:
    $Glucose + 2\,ADP + 2\,\ce{P}_\text{i} + 2\,NAD^+ \longrightarrow 2\,Pyruvat + 2\,ATP + 2\,NADH + \ce{2 H+} + \ce{2 H2O}$

  • Nenne Lebensmittel, die besonders viel Traubenzucker enthalten.

    Tipps

    Wenn Lebensmittel süß schmecken, enthalten sie in der Regel Glucose, also Traubenzucker.

    Äpfel enthalten viel Fruchtzucker (Fructose), welcher vom Körper in Traubenzucker (Glucose) umgebaut werden kann.

    Lösung

    Traubenzucker bzw. Glucose ist in vielen Lebensmitteln enthalten. Besonders viel Glucose enthalten Honig, Rosinen und Datteln, aber auch Obst, Brot, Nudeln, Reis und Süßigkeiten.
    Alle kohlenhydrathaltigen Lebensmittel enthalten Zucker. Während der Verdauung werden langkettige Kohlenhydrate (Stärke) gespalten. So kann der Körper Kohlenhydrate nutzen.

  • Gliedere die Glykolyse hinsichtlich der ablaufenden Zwischenschritte.

    Tipps

    Glucose-6-phosphat wird zu Fructose-6-phosphat umgesetzt.

    Fructose-1,6-bisphosphat wird in Dihydroxyacetonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat aufgespalten.

    Bei der Umwandlung von 2-Phosphoglycerat zu Phosphoenolpyruvat wird $\ce{H2O}$ abgespalten.

    Lösung

    Hier siehst du noch einmal die Glykolyse mit allen Zwischenschritten.
    Denke daran, dass ab Glycerinaldehyd-3-phosphat alle weiteren Schritte doppelt ablaufen, da Glycerinaldehyd-3-phosphat zweimal gebildet wird (das eine Mal über das Zwischenprodukt Dihydroxyacetonphosphat).