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Ein Stoffwechselweg, den fast alles Lebende teilt

Die Glykolyse ist der Stoffwechselweg, mit dem fast alle Lebewesen Traubenzucker in zehn Schritten zu Pyruvat abbauen – dabei entstehen pro Glucosemolekül zwei ATP und zwei NADH. Ihre Erforschung reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück, als Pasteur gegen die damals vorherrschende Idee einer geheimnisvollen „Lebenskraft“ nachwies, dass Hefezellen für die Gärung verantwortlich sind. Buchner zeigte dann, dass der Abbau sogar in zellfreiem Hefeextrakt funktioniert, und in den folgenden Jahrzehnten klärten Forscher wie Harden, Meyerhof, Embden und Warburg Schritt für Schritt die beteiligten Zwischenprodukte und Enzyme auf, bis um 1940 der gesamte Weg bekannt war. Deshalb trägt die Glykolyse auch den Namen Embden-Meyerhof-Parnas-Weg.

Für die Zelle ist dieser Weg weit mehr als nur Energiegewinnung: Er läuft unabhängig von Sauerstoff ab und liefert deshalb gerade dann Energie, wenn die Atmungskette nicht schnell genug beliefert werden kann, etwa bei starker Muskelbelastung oder bei großen Tieren wie Walen und Elefanten. Manche Zellen, etwa rote Blutkörperchen ohne Mitochondrien, Spermien oder auch schnell wachsende Tumorzellen, beziehen ihre Energie sogar ausschließlich aus der Glykolyse, was man sich in der Tumordiagnostik mittels PET zunutze macht. Daneben liefert sie Bausteine für Aminosäuren, Fette und andere Moleküle und erzeugt das Reduktionsmittel NADH, das unter Sauerstoffmangel durch Milchsäure- oder alkoholische Gärung wieder regeneriert werden muss, damit der Prozess weiterlaufen kann. Reguliert wird das Ganze vor allem an drei irreversiblen Schlüsselstellen, etwa der Phosphofructokinase, die auf den Energiezustand der Zelle mit ATP, AMP und Citrat reagiert, damit die Glykolyse nicht sinnlos parallel zu ihrer Umkehrung, der Gluconeogenese, abläuft.

Störungen in diesem Weg sind selten, weil betroffene Zellen meist absterben, doch Defekte etwa in der Pyruvatkinase führen zu einer Form von Blutarmut, und ein Mangel an einem bestimmten Enzym verursacht die belastungsabhängige Muskelschwäche namens Morbus Tarui. Neben Glucose können auch andere Zucker wie Fructose, Galactose oder Mannose sowie Glycerin in den Weg einspeisen, nachdem sie in passende Zwischenprodukte umgewandelt wurden. Pflanzen betreiben die Glykolyse zusätzlich in ihren Plastiden, nutzen dort teils Pyrophosphat statt ATP und setzen das Zwischenprodukt Phosphoenolpyruvat auf ungewöhnliche Weise ein, während Archaeen ganz eigene, nicht verwandte Enzyme für denselben Weg verwenden. Weil die Glykolyse in abgewandelter Form in allen drei Domänen des Lebens vorkommt, gilt sie als uralter Stoffwechselweg, der vermutlich ursprünglich sogar eher dem Aufbau als dem Abbau von Zucker diente.

Der Name ist wörtlich zu nehmen: Er setzt sich aus den altgriechischen Wörtern für "süß" und "Auflösung" zusammen. Aus einem Glucosemolekül werden dabei zwei Moleküle Pyruvat und zwei ATP.

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