:: Die ATP-Herstellung
Wo und wie das ATP verbraucht wird, wissen wir jetzt. Wie setzt man aber
ADP + Phosphat + 50 kJ / mol ⇒ ATP

wieder zusammen und woher bekommt man die dazu nötige Energiemenge? Um es kurz zu machen, dafür gibt es vier Wege:
  • schnelle Synthese aus Kreatinphosphat
  • langsame Synthese bei der anaeroben Glykolyse
  • langsamere Synthese bei der aeroben Glykolyse
  • noch langsamere Synthese bei der (aeroben) Lipolyse
Die Möglichkeit, Proteine zum Energiegewinn zu nutzen, lassen wir mal weg. In der obigen Reihenfolge werden die dabei Prozesse immer komplexer und mehrstufiger (und dauern damit länger), werden von diversen Enzymen (biologische Katalysatoren) begleitet und haben immer das Ziel, gegen Ende eine chemische Reaktion sattfinden zu lassen, bei der Energie für die Resynthese von ATP frei wird.
:: Kreatinphosphat

Das Kreatinphosphat-Molekül
Der Name sagt es und man siehts auch an der Strukturformel: hier ist eine Phosphat-Gruppe zu holen! Glücklicherweise wird mehr Energie frei, wenn das Kreatinphosphat sich von der Gruppe trennt, als ADP und die Gruppe brauchen, um wieder zu ATP zu werden:

Kreatinphosphat ⇒ Kreatin + Phosphat + 45 kJ / mol
ADP + Phosphat + 31 kJ / mol⇒ ATP

Das sind zwei sehr einfache chemische Reaktionen, was man spätestens im Vergleich mit den anderen Methoden der ATP-Herstellung erkennen wird. Einfach heisst hier vor allem schnell. Diese Methode ist sogar der schnellste Weg, um an ATP zu kommen. Und jetzt gleich der Nachteil: der Vorrat an Kreatinphosphat im Muskel ist so begrenzt, dass man damit nur wenige Muskelkontraktionen durchführen kann und nach etwa 10 Sekunden ist der Kreatin-Ofen aus. Danach muss ATP aus einer anderen Quelle kommen, da es erst mal mehrere Minuten dauert, bis der anfängliche Bestand an Kreatinphosphat wieder aufgebaut ist. Die Sache ist also etwas für 100m-Läufer und Bodybuilder, die mit wenigen Wiederholungen trainieren. Kreatin bzw. Kreatinphosphat kann der menschliche Körper selber herstellen. Dazu produzieren Niere, Leber und Bauchspeicheldrüse aus diversen Aminosäuren Kreatin, das dann im Muskel mit Hilfe eines Enzyms von überschüssigen ATP-Molekülen die Phosphatgruppe aufnehmen kann, um zum Kreatinphosphat zu werden, das stabiler ist als ATP:

Kreatin + ATP + (helfende Enzyme)⇒ Kreatinphosphat + ADP

Auf 70kg Körpergewicht kommen etwa 100-150 g in die Muskulatur eingelagertes Kreatin bzw. Kreatinphosphat. Ete, Cippo und Robbie brauchen das Zeug für die letzten 100m, vorher zählt aber was anderes. An dieser Stelle können wir schon die Regel aufstellen:

Je mehr ATP ein Stoffwechselprozess pro Zeit liefern kann, desto schneller ist die zugehörige Grundsubstanz (also Kreatinphosphat, Kohlenhydrate, Fette) verbraucht. Kurz: Was schnell was bringt, ist auch schnell alle!
:: Die Glykolyse: allgemeingültiger Teil
Wieso "allgemeingültiger Teil"? Bevor die Entscheinung fällt, ob die im Zellplasma ablaufende Glykolyse schlussendlich aerob oder anaerob abläuft, ist der einleitende Ablauf der Kohlenhydrat- Verwertung nämlich derselbe.
Erst wenn aus der Glukose (dreht sich links) irgendwann eine chemische Verbindung namens Pyruvat (auch Brenztraubensäure genannt) geworden ist, heisst es die Entscheidung fällen, ob man dieses Pyruvat mit oder ohne Sauerstoff weiterverarbeitet. Den Anfang des allgemeinen Teils, nämlich die Umwandlung von in Leber und Muskulatur eingelagertem Glykogen, in dessen Form der Körper die verdauten Kohlenhydrate speichert, handeln wir schnell ab. Glykogen ist ein Riesenmolekül aus Zuckerketten, von dem der normale Mensch etwa 300g direkt in die Muskulatur und weitere 80g in die Leber einlagert. Der Lebervorrat ist hauptsächlich zur Aufrechterhaltung der Blutglukose (etwa 40g im Blut) gedacht, deren Hauptabnehmer das Gehirn ist. Die Muskulatur bedient sich zunächst direkt aus ihren eigenen Vorräten. Dazu wird das Glykogen zu Glukose -6-Phosphat abgebaut, das nennt sich Glykogenolyse (="Glykogenauflösung") und wird enzymatisch reguliert (näheres z.B an der Indiana State University).
Das Phosphat wird dazu der ständig vorhanden Menge entnommen, wir müssen dazu nicht extra ATP zerlegen. Das Glukose-6-Phosphat ist übrigens das Produkt der ersten Stufe der "echten" Glykolyse von reiner Glukose, wozu wir gleich kommen. Diesen ersten Schritt können wir uns beim Start beim Glykogen schenken, was aber nicht viel am weiteren Ablauf ändert. Wir sparen nur ein ATP-Molekül ein. Kommen wir also zur Glykolyse(="Glukose-Zerlegung")
:: Zwischenruf vom Radpanther
Jau, da isses wieder, das Glücko-Gen...hab ich nur drauf gewartet!
Scherz Du nur..
:: Glykolyse bis zum Pyruvat
Werfen wir erstmal wieder einen Blick aufs Glukose-Molekül:
Sieht ganz harmlos aus und mit der Zielsetzung "ATP-Herstellung" im Hinterkopf sieht man gleich: Das Glukose-Molekül bringt keine Phosphatgruppe mit sich, um sie ans ADP abzugeben (es sei denn, man kommt vom Glykogen, dann steigt man direkt mit Glukose-6-phosphat ein). War aber mit dem Kreatin genauso, das musste man auch erst mit einer Phosphat-Gruppe aufrüsten, damit es diese wieder abgeben konnte.
Und so kommts auch hier. Aus der Glukose und freien Phosphat-Gruppen (davon gibts ja genug, weil ja andauernd ATP zerfällt) wird während der Glykolyse über mehrere Zwischenschritte (der erste ist genau das schon erwähnte Glukose-6-Phosphat) erstmal eine neue Verbindung aufgebaut, die wiederum so gerne die Phosphat-Gruppe loswerden will, dass dabei mehr Energie frei wird, als das ADP zur Aufnahme dieser Phosphatgruppe benötigt.
Diese Verbindung nennt sich Phospho-Enol-Pyruvat, kurz und sinnig PEP. Dass das Ding mal aus der Glukose entstanden ist, kann man kaum noch erkennen, es hat auch einen langen Weg hinter sich, nämlich den Embden- Meyerhoff-Weg. Die beiden haben diesen Umwandlungsprozess nämlich als erste beschrieben, worauf wir hier lieber verzichten wollen, das wird zu viel
:: Zwischenruf vom Radpanther
Endlich sieht er es ein...Danke!
Dafür darfst Du mal hier nachlesen, das Thema wird in Hülle und Fülle und sehr gut aufgemacht behandelt:
...natürlich gibts beliebig viele mehr.
Zwei Anmerkungen noch: Um die Glykolyse anlaufen lassen zu können, muss man am Anfang erstmal (Aktivierungs-)Energie investieren. Und wo kommt die her? Vom universellen Energiespender im Organismus, also ATP. Um ein Glukose-Molekül zu verarbeiten, muss man erstmal 2 ATPs reinstecken. Die bekommt man aber später zurück und dazu noch zwei extra. Beginnt man mit Glykogen und Glukose-6-Phosphat, dann muss man nur ein ATP investieren, was den Gesamtgewinn um ein ATP erhöht.
:: Die Reduktionsäquivalente NAD und NADH
Während der Glykolyse spielt noch eine andere Substanz eine wichtige Rolle, nämlich das Coenzym NAD (= Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid) bzw. NADH (ein Wasserstoff mehr).

NAD bzw, NADH/H+ fungieren bei der Glykolyse als sogenannte Reduktionsäquivalente, die je nach Bedarf Elektronen und Protonen (Wasserstoffrümpfe, H+ ) aufnehmen (Reduktion) oder wieder abgeben können (Oxidation). Deswegen sind sie auch keine "echten" Enzyme/Katalysatoren.
NAD+ + 2e- + 2H+ ⇔ NADH + H+
(ein H ist bei gebunden, ein anders bleibt als Proton in Lösung). Man beachte die Ähnlichkeit zwischen ATP und NAD, die Adenin- und Ribose-Teile haben beide, auch zwei Phosphatgruppen, nur die dritte Phosphat-Gruppe vom ATP ist beim NAD durch den Nicotinamid-Teil ersetzt. Für die körpereigene Herstellung von NAD benötigt man Vitamin B2. Kommen wir zurück zum PEP. Man sieht schon die Phosphat-Gruppe in der Formel und der Name sagts auch schon: Phosphat abgeben (ans ADP), ATP produzieren (Sinn des Manövers) und Pyruvat übrigbehalten:

Wenn sich das PEP von seiner Phosphat-Gruppe trennt, werden 62 kJ/mol Energie frei, mehr als genug für die Resynthese vom ATP.
:: Nettoumsatz bis zum Pyruvat
Die Bilanz sieht folgendermassen aus:

Anfang: 1x Glukose, 2x ATP, 2x Phosphat, 4x ADP, 2x NAD
Ende: 2x Pyruvat, 2x ADP, 4x ATP, 2x NADH/H+

Man beachte: bis jetzt war überhaupt kein Sauerstoff nötig! Netto hat man also bis hierher 2 ATP-Moleküle bei der Verwertung eines Glukose-Moleküls gewonnen. (drei bei der Verwertung von Glykogen statt Glukose). Immerhin.

Glykolyse bis zum Pyruvat:
2 Moleküle ATP

:: Am aerob/anaerob-Scheideweg
Was macht man aber mit dem Pyruvat? Das kann man ja jetzt nicht beliebig ansammeln. Und wie wandelt man NADH wieder in NAD zurück, das man ja auch für neue Glykolyse-Durchläufe braucht? Da die Natur schlau ist, schafft sie beides, indem sie daraus noch mehr ATP gewinnt. Und wie sie das macht, hängt ab jetzt davon ab, ob überhaupt Sauerstoff zur Verfügung steht (es gibt nämlich Organismen, die ganz ohne auskommen müssen). Und wenn Sauerstoff vorhanden ist, dann kommt es darauf an, ob der momentane Energiebedarf des Körpers über die vergleichsweise langsame aerobe ATP-Produktion mit Sauerstoff gestillt werden kann. Leistet man gerade viel und braucht demzufalge viel Energie (ATP) pro Zeiteinheit, dann heisst es, den schnellen, anaeroben Weg ohne Sauerstoff einschlagen und Laktat produzieren.
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