Glykolyse ist der Prozess des Abbaus von Glukose zur Energiegewinnung. Dabei wird eine Glukosemolekel in zwei Moleküle Pyruvat unter Freisetzung von Energie gespalten, die zur Resynthese von zwei ATP-Molekülen verwendet wird.
Anaerobe Glykolyse in Erythrozyten, 2,3-BPG und der Bohr-Effekt
Erythrozyten transportieren große Mengen an Sauerstoff, mit dem sie alle Organe des Körpers versorgen. Paradoxerweise können die Erythrozyten selbst diesen Sauerstoff nicht nutzen. Ihre Energiequelle ist Glukose, deren anaerobe Glykolyse in den Erythrozyten zur Bildung von ATP führt. Die aerobe Oxidation von Glukose ist in Erythrozyten nicht möglich, da ihnen Mitochondrien und die Enzyme des Citratzyklus fehlen.
Die Funktion der Erythrozyten ist der Sauerstofftransport zu allen Geweben. Der Hämoglobingehalt der Erythrozyten bindet Sauerstoff fest als Oxyhämoglobin. In den peripheren Geweben müssen die Erythrozyten diesen Sauerstoff jedoch an andere Zellen abgeben. Dies wird durch den Bohr-Effekt ermöglicht, der auf zwei Faktoren beruht: Protonen und 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG).
2,3-BPG unter normalen Bedingungen und bei Pathologien
Fetales Hämoglobin hat eine geringere Affinität zu 2,3-BPG als das Hämoglobin Erwachsener. Dadurch kann der Fetus den mütterlichen Sauerstoff besser aufnehmen.
Bei der Anpassung an Höhenlagen steigt die 2,3-BPG-Konzentration in den Erythrozyten an, um den Sauerstoffmangel in der dünnen Höhenluft auszugleichen.
Seltene enzymatische Defekte im glykolytischen Stoffwechselweg der Erythrozyten können zu einer erblichen nichtsphärozytären hämolytischen Anämie führen, da die Glykolyse der einzige Weg zur Synthese von ATP und 2,3-BPG ist.
Nomenklatur der Aldolasen
Es gibt drei Formen der Aldolase:
- Aldolase A: in Erythrozyten und Muskeln
- Aldolase B: in Leber, Nieren und Dünndarm
- Aldolase C: im Gehirn
Wechselbeziehung zwischen Glykolyse und aeroben Reaktionen
Die klassische Theorie von A. Hill besagt, dass die Aktivierung der Glykolyse in der Muskelzelle beginnt, wenn die aerobe ATP-Resynthese abnimmt. Neuere Forschungen zeigen jedoch, dass der intramuskuläre Sauerstoffpartialdruck bei maximaler Belastung deutlich über dem kritischen Wert liegt, bei dem die Mitochondrien nicht mehr normal funktionieren können. Der Zusammenhang zwischen Muskel-Sauerstoffpartialdruck und Laktatkonzentration ist daher komplexer als bisher angenommen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Glykolyse?
Glykolyse ist der Prozess des Abbaus von Glukose zur Energiegewinnung. Dabei wird eine Glukosemolekel in zwei Moleküle Pyruvat unter Freisetzung von Energie gespalten, die zur Resynthese von zwei ATP-Molekülen verwendet wird.
Wie läuft die anaerobe Glykolyse in Erythrozyten ab?
In Erythrozyten findet aufgrund des Fehlens von Mitochondrien und Enzymen des Citratzyklus nur die anaerobe Glykolyse statt. Hierbei wird Glukose zu ATP abgebaut, jedoch nicht vollständig bis CO2 und Wasser oxidiert.
Was ist der Bohr-Effekt und wie entsteht er?
Der Bohr-Effekt ermöglicht den Sauerstofftransport von Erythrozyten zu den Geweben. Er beruht auf der Freisetzung von Sauerstoff aus Oxyhämoglobin durch Protonen und 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG).
Wie verhält sich 2,3-BPG unter normalen Bedingungen und bei Pathologien?
Fetales Hämoglobin hat eine geringere Affinität zu 2,3-BPG, was den Sauerstofftransport vom Mutterorganismus zum Fetus erleichtert. Bei Anpassung an Höhenlagen steigt die 2,3-BPG-Konzentration, um den Sauerstoffmangel auszugleichen. Enzymatische Defekte in der Glykolyse können zu Veränderungen des 2,3-BPG-Spiegels führen.
Wie ist die Nomenklatur der Aldolasen?
Es gibt drei Formen der Aldolase: Aldolase A in Erythrozyten und Muskeln, Aldolase B in Leber, Nieren und Dünndarm, sowie Aldolase C im Gehirn.
Wie hängt Glykolyse mit aeroben Reaktionen zusammen?
Die Aktivierung der Glykolyse in Muskelzellen hängt nicht nur vom Abfall der aeroben ATP-Resynthese ab, sondern auch vom Sauerstoffpartialdruck im Muskel. Der Zusammenhang zwischen Sauerstoffversorgung und Laktatbildung ist komplexer als bisher angenommen.