Glykolyse (aus dem Griechischen glyk=Süß und lysis=auflösen; auch bekannt als Embden-Meyerhof-Weg) ist der erstes Teil des Glukosemetabolismus. Es ist ein biochemischer Abbauweg, der ein Molekül Glukose in zwei Moleküle Pytuvat umwandelt. Die Glykolyse findet im Cytosol der Zelle statt und kommt komplett ohne Sauerstoff aus (ist also anaerob). In Prokaryoten wird das Pyruvat anaerob zu Milchsäure oder Ethanol abgebaut, in Eukaryoten wird es im Citratzyklus weiterverarbeitet.
Die Glykolyse ist der einzige metabloische Weg, dem praktisch alle modernen Organismen gemein haben, was auf eine sehr frühe Entstehung hinweist; Glykolyse entstand möglicherweise in den ersten Prokaryoten vor 3,5 Milliarden Jahren.
Der erste Schritt der Glykolyse ist dir Phosphorylierung von Glukose durch das Enzym Hexokinase. Diese Reaktion verbraucht 1 ATP, was allerdings eine gute Investition darstellt. Die Zellmembran ist nämlich durchlässig für Glukose, aber nicht für das durch die Phosphorylierung entstehende Glukose-6-Phosphat, welches sich dadurch in der Zelle anreichert und durch Verschiebung des Gleichgewichts an der Membran die Aufnahme von Glukose begünstigt. Glukose-6-Phosphat wird dann von der Phosphoglukose-Isomerase in Fruktose-6-Phosphat umgebaut. (An diesem Punkt kann Fruktose auch in den glykolytischen Weg eintreten.)
Danach verbraucht die Phosphofruktokinase 1 ATP, um Fructose-1,6-Bisphosphat zu bilden. Dieser Energieverbrauch wird auf zwei Arten gerechtfertigt: Zum einen macht dieser Schritt dir Glykolyse irreversibel, zum anderen erlaubt die zweite Phosphatgruppe die Spaltung des Glukoserings durch Aldolase in Dihydroxyacetonphosphat und Glyzerinaldehyd-3-Phosphat. (Dihydroxyacetonphosphat wird von der Triosephosphatisomerase in Glyzerinaldehyd-3-Phosphat umgewandelt.) Jedes der beiden resultierenden Glyzerinaldehyd-3-Phosphat-Moleküle wird dann durch NAD+ und Glyzerinaldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase zu 1,3-Bisphosphoglyerat oxidiert.
Im nächsten Schritt erzeugt die Phosphoglyzeratkinase je ein Molekül ATP bei der Umwandlung von 1,3-Bisphosphoglyerat zu 3-Phosphoglyzerat. Damit ist die Energiebilanz der bisherigen Glykolyse ausgeglichen; zwei Moleküle ATP wurden verbraucht und wiedergewonnen. Diese ATP-Synthese braucht ADP als Basis. Falls die Zelle bereits viel ATP (und damit wenig ADP) hat, hält die Reaktion an dieser Stelle an, bis wieder genügend ADP zur Verfügung steht. Diese Feedbackregulation ist wichtig, da ATP relativ schnell zerfällt, wenn es nicht genutzt wird. Überproduktion von ATP wird somit verhindert. Phosphoglyceromutase katalysiert dann 3-Phosphoglyzerat zu 2-Phosphoglyzerat, woraus schließlich Phosphoenolpyruvat wird; dieses wird schließlich, unter Erzeugung eines weitern ATP, zu Pyruvat. Auch dieser Schritt ist ADP-reguliert.
Bemerkenswert ist, dass die Reaktionen nach der Bildung von Fructose-1,6-Bisphosphat energetisch ungünstig sind. Sie würden kaum ablaufen, wenn sie nicht durch die energetisch günstigen, ATP-bildenden Reaktionen gegen Ende der Glykolyse "hindurchgezogen" werden würden.
Prokatyoten bringt die Glykolyse 2 Moleküle ATP pro Molekül Glukose. Die Mitochondrien eines Eukaryoten können aus den beiden Pyruvaten insgesamt weitere 34 Moleküle ATP gewinnen.