Randle-Zyklus
Synonym: Glukose-Fettsäure-Zyklus
Englisch: Randle cycle, glucosa fatty-acid cycle, glucose-FA cycle
1. Definition
Der Randle-Zyklus, auch bekannt als Glukose-Fettsäure-Zyklus, ist ein biochemischer Prozess, der die Wechselwirkung zwischen der Oxidation von Glukose und Fettsäuren in Muskel- und Fettgewebe beschreibt. Es handelt sich dabei um die Feinabstimmung des Energiestoffwechsels. Der Randle-Zyklus wird mit Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes und Insulinresistenz in Verbindung gebracht.
2. Hintergrund
Der Randle-Zyklus ist nach dem Biochemiker Philip Randle benannt, der ihn 1963 erstmals beschrieb.
3. Überblick
Der Randle-Zyklus ist nicht mit einem klassischen Stoffwechselzyklus (z.B. Citratzyklus) zu verwechseln, bei dem zyklische chemische Reaktionen ablaufen. Beim Randle-Zyklus handelt es sich um eine dynamische Wechselwirkung, bei der Glukose und Fettsäuren um ihre Oxidation und Aufnahme ins Gewebe konkurrieren. Es handelt sich um eine nährstoffvermittelte Feinabstimmung, welche die hormonelle Steuerung der Nährstoffauswahl und des Substratangebots ergänzt. Die Nutzung von Glukose als Energielieferant wirkt sich somit auf die Nutzung von Fettsäuren aus und umgekehrt. Der Randle-Zyklus involviert dabei verschiedene Mechanismen wie Allosterie, Phosphorylierung und die Expression von wichtigen Enzymen.
4. Biochemie
4.1. Fettsäuren hemmen Glukoseoxidation
Als Beispiel für die Hemmung der Glukoseoxidation durch Fettsäuren dient der Nüchternzustand. In diesem werden vermehrt Fettsäuren als Energiequelle verwendet. Die Freisetzung von Fettsäuren zur Verwendung im Gewebe läuft über die Lipolyse ab. In der Leber liefert die β-Oxidation der Fettsäuren Energie und führt zur Produktion von Ketonkörpern, die anderen Geweben zur Verfügung gestellt werden. Die erhöhte Fettsäureoxidation hemmt die Pyruvat-Dehydrogenase, wodurch die Glukoseoxidation reduziert und Pyruvat und Laktat für die Glukoneogenese erhalten bleiben. Durch die Wechselwirkung der Nährstoffe und Hemmung der Glukoseoxidation tragen Fettsäuren somit im nüchternen Zustand zur Einsparung von Glukose bei, um die Glukoseversorgung derjenigen Gewebe aufrechtzuerhalten, die ausschließlich auf diesen Zucker angewiesen sind.
4.2. Glukose hemmt Fettsäureoxidation
Als Gegenpart des Randle-Zyklus spielen biochemische Mechanismen eine Rolle, die mit der Hemmung der Fettsäureoxidation durch Glukose in Verbindung gebracht werden. Beispielsweise wird die Lipolyse durch einen hohen Blutzuckerspiegel gehemmt. Außerdem spielen Malonyl-CoA, AMP-abhängige Kinase und Acetyl-CoA-Carboxylase bei der Hemmung der Fettsäureoxidation eine wichtige Rolle.
5. Klinik
Die konkurrierende Wechselwirkung des Randle-Zyklus zwischen Glukose und Fettsäuren in Muskel- und Fettgewebe wird als potentieller Mechanismus für Erkrankungen wie Hyperglykämie, Typ-2-Diabetes und Insulinresistenz diskutiert.
6. Quellen
- Hue und Taegtmeyer. The Randle cycle revisited: a new head for an old hat. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297(3) . 2009
- Frayn. The glucose-fatty acid cycle: a physiological perspective. Biochem Soc Trans. 31(6):1115-9. 2003
- Randle et al. The glucose fatty-acid cycle. Its role in insulin sensitivity and the metabolic disturbances of diabetes mellitus. Lancet. 1(7285):785-9. 1963
- Lexikon der Ernährung – Randle-Zyklus, abgerufen am 13.11.2024
- Shuldiner et al. Genes and pathophysiology of type 2 diabetes: more than just the Randle cycle all over again. J Clin Invest. 114(10):1414-1417. 2004