Glycolyse (griech. glykos "süß" und lysis "Spaltung"), Embden-Meyerhof-Parnas-Weg, ein für alle Organismen essentieller Stoffwechselweg für den katabolischen Abbau von Glucose unter Bildung von Adenosintriphosphat (ATP). Im engeren Sinn versteht man darunter die anaerobe G., d. h. den Abbau von Glucose ohne Beteiligung von Sauerstoff zu Lactat (Salz der Milchsäure) bzw. Ethanol (alkoholische Gärung). Dieser Weg der anaeroben Verwertung von Glucose ist der älteste biochemische Mechanismus zur Gewinnung von Energie in Form von ATP, der die Entwicklung von lebenden Organismen in einer sauerstofffreien Atmosphäre ermöglichte. Die anaerobe G. ist für verschiedene anaerobe und fakultativ anaerobe Mikroorganismen der wichtigste Weg zur ATP-Gewinnung. Unter aeroben Bedingungen ("aerobe" G.) ist unter Beibehaltung fast aller Reaktionsschritte Pyruvat (Salz der Brenztraubensäure) ein Intermediat, das anschließend durch den Pyruvatdehydrogenase-Komplex unter CO₂-Abspaltung und Oxidation zu Acetyl-CoA weiterreagiert.

Glycolyse. Abb.: Übersicht.

Nach Einmündung in den Citronensäure-Cyclus wird der Acetylrest zu CO₂ abgebaut, und die gebildeten Reduktionsäquivalente führen in der Atmungskette zu einer deutlich höheren Energieausbeute.

Die G. bis zur Stufe des Pyruvats (Abb.) wird durch zehn cytosolische Enzyme katalysiert. In der vorbereitenden Phase kommt es unter Verbrauch von ATP zur Bildung des Fructose-1,6-biphosphates, das danach zu zwei Molekülen Triosephosphat gespalten wird. Anschließend werden die letztlich aus Glucose gebildeten zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat am C-1 oxidiert, wobei die gewonnene Energie in Form von Reduktionsäquivalenten (NADH + H⁺) und 1,3-Bisphosphoglycerat konserviert wird. Dieses Intermediat besitzt ein hohes Phosphatgruppenübertragungspotential und ermöglicht unter der Katalyse der Phosphoglycerat-Kinase den Transfer des Phosphatrestes auf ADP unter Bildung von ATP (Substratkettenphosphorylierung). Nach Bildung von Phosphoenolpyruvat liefert die zweite Substratkettenphosphorylierung der G. ein weiteres Äquivalent ATP unter Generierung von Pyruvat. Das bei der Reaktion der Glycerinaldehyd-3-phosphat-Dehydrogenase gebildete NADH + H⁺ muß regeneriert werden. Während unter anaeroben Bedingungen viele Organismen die Elektronen des NADH + H⁺ auf Pyruvat unter Bildung von Lactat übertragen, erfolgt die Regenerierung von NAD⁺ in den Mitochondrien im Prozeß der Atmung. Auch im Wirbeltiermuskel führt intensive Muskelaktivität bei unzureichender Sauerstoffversorgung zur Lactatbildung. Hefezellen regenerieren NAD⁺ durch Pyruvatreduktion zu Ethanol und CO₂. Diese anaeroben Prozesse werden als Fermentation oder Gärung bezeichnet.