Die Glykolyse ist ein komplexer biologischer Prozess, bei dem Glukose in Pyruvat umgewandelt wird, um jede lebende Zelle mit Energie zu versorgen. Da beim Glykolysezyklus der Blutzucker in ein Anion der Brenztraubensäure (Pyruvat) umgewandelt wird, wird die Glykolyse auch als Zitronensäurezyklus bezeichnet.
Da bei diesem Ereignis auch freie Energie freigesetzt wird, wird es als thermodynamische Reaktion betrachtet. Das Endergebnis ist die Synthese von Adenosin-5′-triphosphat (ATP) und reduziertem Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NADH), zwei Nukleotiden, die Schlüsselkomponenten der DNA sind und für das reibungslose Funktionieren des Stoffwechsels wichtig sind. Während die Glykolyse ein einfaches Beispiel für anaerobe Zellatmung und Fermentation ist, müssen zehn reaktive Schritte ablaufen, an denen mehrere Katalysatorenzyme und Zwischenprodukte beteiligt sind.
Das erste Ereignis, das bei der Glykolyse auftritt, verwendet Energie, die von Hexokinase-Glykolyse-Enzymen bereitgestellt wird, um ein Zuckermolekül (Glukose) mit sechs Kohlenstoffatomen in zwei Verbindungen mit drei Kohlenstoffatomen oder Glucose-6-Phosphat umzuwandeln. Diese Substanz durchläuft dann eine molekulare Umlagerung zu „Laktat“ oder produziert ein Anion von Milchsäure. Die „Rückzahlung“ für den Energieverbrauch in der frühen Phase der Glykolyse ist die anschließende Produktion von zwei Nicotinamid-Adenin-Dinukleotiden (NADs), gefolgt von einer Phosphatgruppe, die an jedes 3-Kohlenstoff-Molekül bindet, wodurch 1,3-Bisphosphoglycerat entsteht. Währenddessen wird der Wasserstoff in der Reaktion verwendet, um NAD zu reduzieren, was NADH ergibt. Schließlich wird das Glykolyseenzym Pyruvatkinase verwendet, um zwei ATPs für jedes an der glykolytischen Reaktion beteiligte Glukosemolekül herzustellen.
Die Glykolyse ist ein grundlegender Stoffwechselweg, der sich wahrscheinlich vor Milliarden von Jahren entwickelt hat. Obwohl es in fast jedem lebenden Organismus vorkommt, tut es dies jedoch mit Variationen. Obwohl beispielsweise Glucose das übliche Sprungbrett für die Glykolyse ist, können andere Monosaccharide in die Reaktion eingebracht werden. Darüber hinaus ist Laktat nicht das einzige mögliche Nebenprodukt der Glykolyse, wie die Herstellung von Kohlendioxid und Ethanol bei der Gärung von Bierhefe zeigt. Schließlich wird nicht der gesamte Kohlenstoff notwendigerweise in Pyruvat umgewandelt und kann verwendet werden, um andere kohlenstoffbezogene Wege zu fördern.
Es kommt auch zu einer gestörten Glykolyse. Krebszellen weisen beispielsweise oft einen bis zu 200-fach höheren glykolytischen Zyklus auf als normale Zellen. Diese Beschleunigung, die als Warburg-Effekt bekannt ist, kann aufgrund einer Fülle von Hexokinase-Enzymen oder eines Sauerstoffmangels aufgrund mangelnder Durchblutung der Stelle erfolgen. Eine ähnliche Störung des Glukosestoffwechsels wird bei der Alzheimer-Krankheit beobachtet. Dies wird jedoch eher durch eine Anhäufung spezifischer Proteine verursacht, die die Phosphorylierung stören.