Gluconeogenese

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Englisch: gluconeogenesis

1. Definition [bearbeiten]

Die Gluconeogenese ist ein Stoffwechselweg zur Neusynthese von Glukose. Sie findet vorwiegend in der Leber und in den Nieren statt.

2. Bedeutung [bearbeiten]

Das Nervensystem, die Erythrocyten und das Nierenmark sind auf Glukose als Energielieferanten angewiesen. Daher muss auch im Fall der Nahrungskarenz ein Weg zur Bereitstellung von Glukose vorliegen - die Gluconeogenese.

Das Nervensystem ist mit ca 135g/24h der größte Glukose-Konsument im Organismus. Bei langer Nahrungskarenz kann das Nervensystem jedoch einen großen Teil seines Energiebedarfs auch durch die Oxidation von Ketonkörpern decken.

3. Substrate [bearbeiten]

• Laktat: Im Rahmen des Cori-Zyklus wird das bei anaerobem Stoffwechsel entstehende Laktat zur Neusynthese herangezogen.

• Aminosäuren: Glukoplastische Aminosäuren liefern bei ihrem Abbau Pyruvat bzw. andere Zwischenprodukte des Citratcyklus. Aminosäuren werden im Hungerzustand insbesondere beim Abbau von Skelettmuskulatur freigesetzt.

• Glycerin: Das beim Abbau von Triglyceriden entstehende Glycerin kann in der Leber durch Mitwirkung des Enzyms Glycerokinase über das Zwischenprodukt Alpha-Glycerophosphat in Dihydroxyacetonphosphat überführt werden. Dihydroxyacetonphosphat ist ein Zwischenprodukt der Glykolyse.

4. Reaktionen [bearbeiten]

Das Verständnis der Reaktionsabläufe der Glukoneogenese setzt die Kenntnis der Reaktionen der Glykolyse voraus.

Die Glukoneogenese ist prinzipiell eine Umkehr der Glykolyse. Aus thermodynamischen Gründen sind jedoch 3 Umgehungsreaktionen erforderlich, die folgend benannt werden sollen:

4.1. Erste Umgehungsreaktion [bearbeiten]

Aus Pyruvat wird Phosphoenolpyruvat gebildet. Dazu sind zwei Enzyme notwendig.

Die Pyruvatcarboxylase (Coenzym Biotin) katalysiert:
Pyruvat + ATP + CO₂ --> Oxalacetat + ADP + P_i

Die Phosphoenolpyruvatcarboxykinase (kurz PEP-CK) katalysiert:
Oxalacetat + GTP --> Phosphoenolpyruvat + GDP + CO₂

4.2. Zweite Umgehungsreaktion [bearbeiten]

Aus Fructose-1,6-bisphosphat wird durch Hydrolyse Fructose-6-Phosphat gebildet. Das zugehörige Enzym ist die Fructose-1,6-Bisphosphatase:

Fructose-1,6-bisphosphat + H₂O ---> Fructose-6-Phosphat + P_i

4.3. Dritte Umgehungsreaktion [bearbeiten]

In der letzten Umgehungsreaktion wird aus Glukose-6-Phosphat durch Hydrolyse Glukose gebildet. Das Enzym Glucose-6-Phosphatase katalysiert:

Glucose-6-Phosphat + H₂O --> Glucose + P_i

Alle anderen Reaktionen der Gluconeogenese werden durch dieselben Enzyme wie in der Glykolyse umgekehrt.

5. Regulation [bearbeiten]

Die Gluconeogenese weist einen hohen Energiebedarf auf. Ausgehend vom Pyruvat werden 6 Moleküle ATP verbraucht bis 1 Molekül Glucose entsteht. Die Gluconeogenese unterliegt daher einer strengen bedarfsorientierten Regulation.

Glykolyse und Gluconeogenese sind gegensinnig reguliert. Die Steigerung des einen Stoffwechselweges führt zur Abnahme des anderen.

Glucocorticoide, Catecholamine und Glucagon steigern die Gluconeogenese.

Beispielsweise wird durch Wirkung der Catecholamine die Pyruvatkinase, ein wichtiges Enzym der Glykolyse durch Phosphorylierung inaktiviert.

Auf Reaktionsebene ist ein sehr feiner Regulationsmechanismus in Form des Zwischenproduktes Fruktose-2,6-bisphosphat vorhanden. Fructose-2,6-bisphosphat entsteht als Zwischenprodukt während Glykolyse und Gluconeogenese.

Es hemmt in hoher Konzentration die Fructose-1,6-bisphosphatase allosterisch und führt so durch Weiterreaktion unter Katalyse der Phosphofructokinase 1 zu vermehrter Glykolyse.

Wird jedoch beispielsweise durch die Wirkung von Catecholaminen die cAMP-abhängige Proteinkinase A (PKA) aktiviert, so wird das Enzym Phosphofructokinase 2 phosphoryliert. Die Phosphofructokinase 2 wirkt in diesem Zustand als Phosphatase und verringert den Bestand an Fructose-2,6-bisphosphat. Logische Folge ist die Zunahme der Aktivität der Fructose-1,6-Bisphosphatase und somit der Gluconeogenese.

Zusätzlich führt ein hohes Verhältnis ATP/ADP zu vermehrter Aktivität der Fructose-1,6-bisphosphatase.