Glykolys är en metabolisk process i de flesta organismer. Det är det första steget i cellandningen. Den möjliggör både aerob och anaerob andning. Glykolysen frigör endast en liten mängd energi.

Glykolysen anses vara en urtyp av en universell metabolisk väg. Den förekommer, med variationer, i nästan alla organismer, både aeroba och anaeroba. Glykolysens omfattande förekomst visar att den är en av de äldsta kända metaboliska vägarna.

Glykolysen har tio mellanliggande föreningar som katalyseras av tio olika enzymer. Här beskrivs endast de stora dragen.

Översikt och plats

Glykolys är en serie kemiska reaktioner som spjälkar en glukosmolekyl (sex kol) till två pyruvatmolekyler (tre kol vardera). Reaktionerna sker i cytosolen hos eukaryota celler och i cytoplasman hos prokaryoter. Den vanligaste formen kallas Embden–Meyerhof–Parnas (EMP)-vägen.

Steg i glykolysen — investering och avkastning

Glykolysen kan delas i två huvudfaser: en investeringsfas där cellen förbrukar energi för att aktivera glukos, och en avkastningsfas där energi frigörs.

  • Investeringsfas (steg 1–3)
    1. Glukos fosforyleras av hexokinas (eller i levern glukokinas) → glukos-6-fosfat.
    2. Glukos-6-fosfat isomerasas → fruktos-6-fosfat.
    3. Fruktos-6-fosfat fosforyleras av fosfofruktokinas-1 (PFK-1) → fruktos-1,6-bisfosfat. (Detta är ett viktigt regleringssteg.)
  • Klyvning och mellanprodukter (steg 4–5)
    1. Fruktos-1,6-bisfosfat klyvs av aldolas → dihydroxyacetonfosfat (DHAP) + glyceraldehyd-3-fosfat (G3P).
    2. DHAP omvandlas till G3P av triofosfatisomeras, så två molekyler G3P fortsätter per glukos.
  • Avkastningsfas (steg 6–10)
    1. G3P oxideras och fosforyleras av glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas → 1,3-bisfosfoglycerat, samtidigt bildas NADH.
    2. Fosfoglyceratkinas överför en fosfatgrupp till ADP → ATP (substratnivåfosforylering) och bildar 3-fosfoglycerat.
    3. Fosfoglyceromutas omvandlar 3-fosfoglycerat → 2-fosfoglycerat.
    4. Enolas avlägsnar vatten → fosfoenolpyruvat (PEP).
    5. Pyruvatkinas överför en fosfatgrupp från PEP till ADP → ATP och pyruvat.

Energiutbyte och slutprodukter

  • Netto per glukos: 2 ATP (4 ATP bildas men 2 ATP förbrukas i investeringsfasen), 2 NADH och 2 pyruvat.
  • Vid aeroba förhållanden transporteras pyruvat och NADH vidare till mitokondrien där pyruvat omvandlas till acetyl-CoA och NADH oxideras i cellandningen (oxidativ fosforylering) vilket ger ytterligare ATP.
  • Vid anaeroba förhållanden måste NAD+ återbildas i cytosolen för att glykolysen ska fortsätta. Hos däggdjur omvandlas pyruvat till laktat (mjölksyra) och NADH oxideras till NAD+. Hos jäst ger jäsning etanol och CO2 samt återbildar NAD+.
  • ATP från glykolysen bildas via substratnivåfosforylering, inte via elektrontransportkedjan.

Reglering

Glykolysen regleras framför allt genom allosteriska och hormonella mekanismer, främst riktade mot enzymet fosfofruktokinas-1 (PFK-1). PFK-1 inhiberas av höga ATP-nivåer och citrat, och aktiveras av AMP och fruktos-2,6-bisfosfat. Andra viktiga regleringspunkter är hexokinas/glukokinas (första steget) och pyruvatkinas (sista steget), som påverkas av energistatus och hormoner som insulin och glukagon.

Enzymer — översikt

De tio enzymatiska stegen och vanliga enzymnamn (svenska/engelska):

  • 1. Hexokinas / Glukokinas
  • 2. Fosfoglukosisomeras
  • 3. Fosfofruktokinas-1 (PFK-1)
  • 4. Aldolas
  • 5. Trifosfatisomeras (triofosfatisomeras)
  • 6. Glyceraldehyd-3-fosfatdehydrogenas
  • 7. Fosfoglyceratkinas
  • 8. Fosfoglyceromutas
  • 9. Enolas
  • 10. Pyruvatkinas

Betydelse och variationer

Glykolysen är inte bara en energikälla — dess intermediärer fungerar också som råmaterial i biosyntetiska vägar (till exempel för aminosyror, nukleotider och lipider). Det finns alternativa glykolytiska vägar i vissa bakterier, till exempel Entner–Doudoroff-vägen, och nära sammankopplade vägar som pentosfosfatvägen för NADPH- och ribosproduktion.

Glykolysens universella natur gör den evolutionärt viktig. I medicinsk och biologisk forskning är glykolysen central — exempelvis uppvisar många tumörceller högre glykolytisk aktivitet även i närvaro av syre (Warburg-effekten), vilket har betydelse för diagnostik och behandling.

Sammanfattning

Glykolys är en grundläggande och konservativ metabolismväg som omvandlar glukos till pyruvat i cytosolen, ger en nettoenergi på 2 ATP och 2 NADH per glukos och fungerar både vid aerob och anaerob metabolism. Den har viktiga regleringsmekanismer och förser cellen med både energi och byggstenar för biosyntes.