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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 11. Klasse - 12. Klasse

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).