Input über Biochemie
Die Gluconeogenese
Viel Spaß beim Mitlernen für alle, die wie ich die Reise durch den Stoffwechsel als ein kleines Abenteuer durch das Geheimnis um das Lebens selbst erleben.
LG Renate
Biochemie und Pathobiochemie: Gluconeogenese
Allgemeines
Die Gluconeogenese (Glucose-Neubildung) ist eine energieaufwendige Möglichkeit, die Glycolyse umzukehren. Sie wird neben dem
Glycogen-Abbau vor allem von der Leber dazu genutzt, um den Blutzuckerspiegel konstant zu halten.
Teil 2: Bildung von Glucose aus Glycerinaldehyd-3-phosphat (GADP) und Dihydroxyacetonphosphat (DHAP)
Teil 1: (Rück-)Gewinnung von Glycerinaldehyd-3-phosphat aus Pyruvat
Die Gluconeogenese
Die Gluconeogenese stellt quasi die Umkehrung der
Glycolyse
dar. Aus zwei Pyruvat (Lactat) wird hier ein Glucosemolekül gebildet.
Um den Substratfluss in die entgegengesetzte Richtung zu leiten, müssen
dabei drei irreversible exergone Reaktionen der Glycolyse gegen
endergone ausgetauscht werden. Nicht zufällig stellen diese Reaktionen
bzw. die katalysierenden Enzyme auch die Schlüsselenzyme dar, über die
zwischen Glycolyse und Gluconeogenese hin- und hergeschaltet wird. Da
die Gluconeogenese sehr energieaufwendig ist – sie kostet 6 Mol ATP (und
2 NADH/H
+) pro Mol Glucose, während die Glycolyse nur 2 ATP (und 2 NADH/H
+) pro Mol Glucose liefert – wird sie streng nach Bedarf aktiviert.
Die beteiligten Enzyme sind bis auf die Pyruvatcarboxylase (
anaplerotische Reaktion des Citratzyklus
im Mitochondrium) und die Glucose-6-Phosphatase (glattes
endoplasmatisches Retikulum) im Zytosol lokalisiert. D.h. die
Glucosebildung verteilt sich auf
drei zelluläre Reaktionsräume.
Die Gluconeogenese findet v.a. in
Leber und Nierenrinde, z.T. auch in der Darmmucosa statt. Sie dient neben der
Glycogenolyse
dazu, den Blutzuckerspiegel anzuheben und glucoseabhängige Organe wie
Nervensystem, Erythrozyten, Nebennierenmark und den arbeitenden
Skelettmuskel mit Glucose zu versorgen. Angekurbelt wird die
Gluconeogenese besonders unter Belastung bzw. Stress durch sympathische
Katecholaminfreisetzung (cAMP-Anstieg im Hepatozyt) und Glucokortikoide
sowie Glucagon. Dies erfolgt über die Beeinflussung der
Transkriptionsrate sowie über die Senkung der Konzentration an
Fructose-2,6-bisphosphat, dem wichtigsten allosterischen Regulator. Insulin ist der Gegenspieler und bremst die Gluconeogenese.
Substrate der Gluconeogenese sind
Lactat (Cori-Zyklus),
glucogene Aminosäuren, die bes. aus dem Skelettmuskel zufließen (Glucose-Alanin-Zyklus), und
Glycerin, welches beim Abbau von Triglyceriden, also bei der
Lipolyse
entsteht, nach Aktivierung und Oxidation zu Dihydroxyacetonphosphat.
Die Gluconeogenese aus Acetyl-CoA ist hingegen nicht möglich, daher
können Fettsäuren, Ketonkörper und rein ketogene Aminosäuren auch nicht
zur Gluconeogenese herangezogen werden!
Verbindungen zu anderen Stoffwechselwegen
Die Glycolyse der Nahrungsglucose bzw. Gluconeogenese aus Pyruvat,
Lactat oder glucogenen Aminosäuren stellt als Rückgrat des Stoffwechsels
zahlreichen anderen Stoffwechselwegen Substrat zur Verfügung und nimmt
diese umgekehrt auch wieder auf. Die Verbindungen sind im Kapitel
Glycolyse
dargestellt. Der 1. Schritt der Gluconeogenese im Mitochondrium liefert
anders als die Glycolyse zusätzlich noch Oxalacetat (Umgehung der
Pyruvatkinase-Reaktion), womit der Citratzyklus (Mitochondrium)
aufgefüllt werden kann bzw. umgekehrt kann das Oxalacetat aus dem
Citratzyklus hier zur Gluconeogenese eingeschleust werden. Der Transport
von Oxalacetat über die innere Mitochondrienmembran, die keinen
Oxalacetat-Transporter hat, erfolgt z.B. in Form von Citrat
(Kondensation von Oxalacetat mit Acetyl-CoA, 1. Reaktion des
Citratzyklus) oder Malat (Reduktion von Oxalacetat zu Malat) mittels
einem
Tricarboxylatcarrier.
Pathobiochemie
Bei der
Glykogenspeicherkrankheit 1a (GSD1a, von Gierke) verhindert ein Defekt der Glucose-6-Phosphatase, dass die Leber Glucose aus der Gluconeogenese oder
Glycogenolyse
freisetzen kann, die Glucose bleibt als Glucose-6-phosphat in der Zelle
gefangen. Schwere Hypoglykämien sind die Folge. Schwere
Unterzuckerungen resultieren auch aus
Defekten der Fructose-1,6-bisphosphatase und der
Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase 1 und 2, ebenfalls Schlüsselenzyme der Gluconeogenese. Die Defizienz des vierten Schrittmacherenzyms, der
Pyruvat-Carboxylase, führt zu einer mangelnden Produktion von
Oxalacetat. Aufgrund der vielfältigen Aufgaben von Oxalacetat kommt es hier zu komplexeren Störungsbildern.
Weblinks
| Allgemeine Hintergrundfarbe für Substrate |
Hintergrundfarbe Reaktionspfeile |
„Schlüsselenzyme“ |
|
| Energiereiche Phosphate Reduktionsäquivalente |
CO2 / HCO3− C1-Reste Stickstoff |
Abk.: Tr.: Transkriptionelle Regulation, Tl.: Regulation der
Translation, Lok.: Regulation über die Enzymlokalisation, Kov.:
Regulation durch kovalente Modifikation, All.: Allosterische Regulation,
Koop.: Kooperativer Effekt, Co.: Cofaktoren, EC: Enzymklassifikation,
EG: Enzymgruppe (Oxidoreductase, Transferase, Hydrolase, Lyase,
Isomerase, Ligase), Erkr.: Assoziierte Erkrankungen.
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen
Dein Kommentar wird nach Prüfung durch einen Moderator frei gegeben.