Der Stoffwechsel der Glukose (Glucose), d.h. der Aufbau dieser Hexose aus Pentosen in der Photosynthese (Calvinzyklus) und ihr Abbau in Glykolyse und Citratzyklus umfasst die wichtigsten biochemischen Zyklen. Diese Zyklen sind formal durch den Pentosephosphatzyklus verbunden und sollen hier im Überblick und in kürzestmöglicher Form dargestellt werden.
Aus didaktischer Sicht sei es zunächst erlaubt, den oxidativen Abbau (rote Reaktionswege) als Umkehrung der Photosynthese (grüne Reaktionswege) darzustellen und dabei formale Gemeinsamkeiten hervorzuheben und Unterschiede zu erwähnen.
Glukoseab- und -aufbau
- Oxidativer Abbau: ‘’‘Glukose’‘’ [(CH2O]6] wird in der Glykolyse oxidativ (NAD+) in zwei ‘'‘C-3-Körper'‘' (Glycerinaldehyd-3-phosphat, dann Pyruvat) zerlegt, wobei die Energieäquivalente ‘'‘ATP'‘' und ‘'‘NADH,H+'‘' gewonnen werden. Der End-Abbau von Pyruvat zu ‘'‘CO2‘ und H2O erzeugt über weitere Reduktionsäquivalente (NADH,H+) den Hauptteil an ATP. Diese Reaktionswege zeigen die Bedeutung von Oxidationsprozessen und die ‘'intermediäre Rolle von NADH,H+'‘ (das zu NAD+ regeneriert werden muss) ‘'im Katabolismus'‘ .
- Photosynthese: ‘’‘CO2'’‘ wird “assimiliert”, und erscheint (unter Vermittlung eines C-5-Körpers, Ribulose 1.5-bisphosphat) als Teil zweier ‘’‘C3-Körper’‘’ (3-Phosphoglycerat). Diese werden (in formaler Umkehr des Glycolyseweges) in Glycerinaldehyd-3-phosphat, dann in ‘’‘Glukose’‘’ umgewandelt. Neben Lichtenergie (h × ν) erfordert der Gesamtprozess ‘’‘ATP’‘’ und Reduktionsäquivalente in Form von ‘’‘NADPH,H+’‘’. Diese Reaktionswege zeigen die ‘’Bedeutung von NADPH, H+ im Anabolismus’‘. Bei NADPH,H+-Mangel, aber ausgeglichenem Energiestatus, gibt es die Möglichkeit der gegenseitigen Umwandlung (Malatenzym) oder der Erzeugung von NADPH,H+ durch direkte Oxidation der Glucose (Phosphogluconatweg).
Beteiligte Reaktionszyklen und -wege
- Oxidativer Abbau. Glukose wird ihrer Umwandlung in zwei C-3 Körper über Pyruvat in den ‘’‘Citratzyklus’‘’ eingeführt und von dort aus dem Endabbau zugeleitet. Dabei entsteht Energie in Form von Reduktionsäquivalenten (NADH,H+, FADH2) bzw. von Nucleosid-Triphosphaten (ATP, GTP). Alternativ wird Glucose im Phosphogluconatweg, einem Teil des ‘’‘Pentosephosphatzyklus’‘’, unter Decarboxylierung oxidativ direkt zu einer Pentose abgebaut, wobei zwei Moleküle NADPH,H+ generiert werden.
- Photosynthese. Assimilation von Kohlendioxid erfolgt durch Addition an eine Pentose; die entstehende Hexose ist instabil und zerfällt in zwei Moleküle 3-Phosphoglycerat (3-PG). Hier setzen ‘’‘Calvinzyklus’‘’ und Gluconeogenese ein, wofür die meisten (aber nicht alle) Glycolysereaktionen rückwärts durchlaufen werden (Ausnahmen: Phosphofructokinase und Hexokinase). Das verbliebene Problem, Regeneration der Akzeptor-Pentose (3 Moleküle) aus der Triose (5 Moleküle) wird über den Transaldolase-Transketolase-Weg bewerkstelligt. Dieser ist ein Teil des ‘’‘Pentosephosphatzyklus’‘ und schließt formal den ‘’‘Calvinzyklus’‘’.