Glukoneogenese

Die Glukoneogenese ist die Synthese von Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern wie Laktat, Glyzerin und bestimmten Aminosäuren. Sie ermöglicht es dem Körper, weiterhin Glukose zu produzieren, wenn die Kohlenhydratzufuhr über die Nahrung knapp ist, während des Fastens, bei längerem Sport oder Hunger, und so glukoseabhängige Gewebe zu versorgen. Sie wird hauptsächlich von der Leber und in geringerem Maße von der Niere durchgeführt, kehrt die Glykolyse weitgehend um, umgeht aber die irreversiblen Schritte dieses Stoffwechselwegs mit spezifischen Enzymen.

Definition

Die Glukoneogenese ist der Stoffwechselweg, der Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern synthetisiert, wobei die Enzyme Pyruvatcarboxylase, Phosphoenolpyruvatcarboxykinase, Fructose-1,6-bisphosphatase und Glukose-6-phosphatase verwendet werden, um die irreversiblen Reaktionen der Glykolyse zu umgehen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Substrate, enzymatischen Schritte und die Regulation der Glukosesynthese, die Gewebe, die sie durchführen, und ihre reziproke Beziehung zur Glykolyse. Es befasst sich mit der Biochemie und Physiologie der Glukoseproduktion und nicht mit der klinischen Behandlung von Störungen, die sie verändern.

Core questions

• Welche Vorläufer speisen die Glukosesynthese und woher stammen sie?
• Wie umgeht der Stoffwechselweg die irreversiblen Schritte der Glykolyse?
• Wie wird die Glukoneogenese reziprok mit der Glykolyse reguliert?
• Welche Gewebe produzieren Glukose und unter welchen Bedingungen?

Key concepts

• Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufer (Laktat, Glyzerin, glukogene Aminosäuren)
• Pyruvatcarboxylase
• Phosphoenolpyruvatcarboxykinase (PEPCK)
• Fructose-1,6-bisphosphatase
• Glukose-6-phosphatase
• Cori-Zyklus
• Reziproke Regulation mit der Glykolyse

Mechanisms

Die Glukoneogenese wandelt Vorläufer wie Laktat, Glyzerin und glukogene Aminosäuren in Glukose um, indem sie das glykolytische Kohlenstoffgerüst umgekehrt durchläuft, aber ihre drei irreversiblen Schritte durch separate Reaktionen ersetzt. Pyruvat wird durch Pyruvatcarboxylase und Phosphoenolpyruvatcarboxykinase zu Phosphoenolpyruvat transportiert; Fructose-1,6-bisphosphatase und Glukose-6-phosphatase katalysieren die beiden späteren Umgehungen. Der Stoffwechselweg wird reziprok mit der Glykolyse durch gemeinsame allosterische Signale und durch hormonelle Kontrolle der Enzymmengen reguliert, insbesondere die transkriptionelle Regulation der PEPCK, so dass die Leber Glukose synthetisiert, wenn gefastet wird, und sie unterdrückt, wenn Nahrung aufgenommen wird. Der Cori-Zyklus verbindet Muskel und Leber und recycelt Laktat, das durch Glykolyse produziert wird, zurück zu Glukose.

Clinical relevance

Die Glukoneogenese ist zentral für die Aufrechterhaltung des Blutzuckers während des Fastens und trägt maßgeblich zur übermäßigen hepatischen Glukoseproduktion bei, die bei Typ-2-Diabetes beobachtet wird. Das Verständnis ihrer Regulation verdeutlicht, wie die Leber die Glukoseproduktion an den Gesamtbedarf des Körpers anpasst. Dieser Eintrag dient der Aufklärung und bietet keine Diagnose- oder Behandlungsanleitung.

History

Das Recycling von Laktat zwischen Muskel und Leber wurde von Carl und Gerty Cori beschrieben, was dem Cori-Zyklus seinen Namen gab und die Glukoneogenese als Gegenstück zur Glykolyse etablierte. Spätere Arbeiten identifizierten die vier Umgehungs-Enzyme und später die hormonelle und transkriptionelle Kontrolle der Phosphoenolpyruvatcarboxykinase, die zu einem Modell für die regulierte Expression eines glukoneogenen Enzyms wurde.

Key figures

• Carl Cori
• Gerty Cori
• Richard Hanson
• Robert Nordlie

Seminal works

• hanson-1997
• nordlie-1999

Frequently asked questions

Warum kann der Körper die Glykolyse nicht einfach rückwärts ablaufen lassen, um Glukose herzustellen?

Drei glykolytische Schritte sind im Wesentlichen irreversibel, daher verwendet die Glukoneogenese vier verschiedene Enzyme, um diese zu umgehen; der Rest des Stoffwechselwegs läuft zwar rückwärts ab, aber diese Umgehungen ermöglichen die Netto-Glukosesynthese.

Wo findet die Glukoneogenese statt?

Hauptsächlich in der Leber, die Glukose ins Blut abgibt, und in geringerem Maße in der Niere, insbesondere während längeren Fastens.