Gluconeogenese

IMPP-Score: 1

Die Gluconeogenese

Die Gluconeogenese ist ein zentraler biochemischer Prozess, in dem der Körper Glucose aus nicht-kohlenhydratischen Quellen wie Pyruvat, Oxalacetat und Lactat synthetisiert. Dieser Stoffwechselweg spielt eine entscheidende Rolle, besonders unter energiearmen Zuständen und in anaeroben Bedingungen. Wir werden die Schlüsselreaktionen, die beteiligten Enzyme und die Regulation dieses Vorganges verstehen, welche im Examen oft vom IMPP abgefragt werden.

Überblick

Grafisch

Gluconeogenese ausgehend von Pyruvat.1

Tabellarisch

Schlüsselreaktion Enzym Coenzym Regulation
Pyruvat zu Oxalacetat Pyruvat-Carboxylase Biotin Allosterische Kontrolle
Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase GTP Hormonelle Kontrolle durch Glucagon
PEP zu Glycerinaldehyd-3-phosphat Aldolase und Triosephosphat-Isomerase NADH Energieverbrauch (ATP/NADH)
Fructose-1,6-bisphosphat zu Glucose Fructose-1,6-bisphosphatase, Glucose-6-phosphatase ATP Hormonelle Kontrolle durch Insulin

Einführung in die Gluconeogenese

Die Gluconeogenese ist der Prozess der Neusynthese von Glucose aus bestimmten Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen. Dieser Stoffwechselweg ist besonders wichtig, um den Blutzuckerspiegel während Fastenperioden oder intensiver Muskelarbeit zu stabilisieren, wenn schnell verfügbare Glucosequellen erschöpft sind.

Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat

Ein Schlüsselschritt in der Gluconeogenese ist die Umwandlung von Pyruvat in Oxalacetat. Dieser Prozess wird durch das Enzym Pyruvat-Carboxylase katalysiert und verbraucht ATP. Die Reaktion findet in den Mitochondrien statt und ist wie folgt:

\[ \text{Pyruvat} + \text{CO}_2 + \text{ATP} \longrightarrow \text{Oxalacetat} + \text{ADP} + \text{P}_i \]

Hierbei dient Biotin als essentielles Coenzym, das für die korrekte Funktionsweise der Pyruvat-Carboxylase unerlässlich ist.

Transport und Umwandlung von Oxalacetat

Nach der Bildung im Mitochondrium muss Oxalacetat ins Cytoplasma transportiert werden, da die weiteren Schritte der Gluconeogenese dort stattfinden. Dies passiert durch Reduktion zu Malat, Transport über die mitochondriale Membran, und Oxidation zurück zu Oxalacetat im Cytoplasma.

Wichtig zu merken

Für das IMPP ist besonders relevant, dass ihr die Bedeutung des Transports von Oxalacetat zwischen verschiedenen Zellkompartimenten versteht, da hier oft Fehler bei der Ketone-Bildung gemacht werden.

Oxalacetat wird dann durch das Enzym Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase zu Phosphoenolpyruvat (PEP) decarboxyliert, wobei GTP als Energiequelle genutzt wird:

\[ \text{Oxalacetat} \longrightarrow \text{Phosphoenolpyruvat} + \text{CO}_2 \]

Schlüsselreaktionen weiter in der Gluconeogenese

Nach der Bildung von Phosphoenolpyruvat folgen mehrere Reaktionen, die letztlich zur Synthese von Glycerinaldehyd-3-phosphat und dann zu Fructose-1,6-bisphosphat führen. Diese Wege verbrauchen ATP und NADH, was zeigt, dass die Gluconeogenese energetisch aufwendig ist.

Regulation der Gluconeogenese

Die Gluconeogenese wird durch verschiedene Mechanismen reguliert, einschließlich der Allosterischen Kontrolle und Hormonsteuerung durch Insulin und Glucagon. Insulin hemmt die Gluconeogenese, während Glucagon sie stimuliert. Besonders wichtige Enzyme bei der Regulation sind:

  • Pyruvat-Carboxylase
  • Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase
  • Fructose-1,6-bisphosphatase
  • Glucose-6-phosphatase

Diese Enzyme sind entscheidend für die Modulation des Gluconeogenese-Weges entsprechend den Energiebedürfnissen des Körpers.

Zusammenfassung

  • Definition und Bedeutung der Gluconeogenese: Die Gluconeogenese ist ein biochemischer Prozess, bei dem aus nicht-kohlenhydratischen Vorläufern wie Pyruvat, Oxalacetat und Lactat Glucose synthetisiert wird, insbesondere in Zeiten geringer Energieversorgung.
  • Schlüsselschritt – Pyruvat zu Oxalacetat: Ein kritischer Schritt in der Gluconeogenese ist die Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat durch das Enzym Pyruvat-Carboxylase, unterstützt von Biotin, in den Mitochondrien.
  • Transport und Umwandlung von Oxalacetat: Nach seiner Synthese muss Oxalacetat zu Malat reduziert und ins Cytoplasma transportiert werden, wo es dann zurück zu Oxalacetat oxidiert wird, bevor es zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt wird.
  • Hauptreaktionen in der Gluconeogenese und Energiebedarf: Die Synthesewege von Phosphoenolpyruvat zu Glycerinaldehyd-3-phosphat und zu Fructose-1,6-bisphosphat sind energetisch aufwendig, da sie ATP und NADH verbrauchen.
  • Regulation der Gluconeogenese: Die Steuerung erfolgt durch Allosterie und Hormone wie Insulin, das inhibiert, und Glucagon, das stimuliert. Zentrale Enzyme hierbei umfassen Pyruvat-Carboxylase, Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase, Fructose-1,6-bisphosphatase und Glucose-6-phosphatase.

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Footnotes

  1. Credits Gluconeogenese ausgehend von Pyruvat. Grafik: Unused0026 at English Wikipedia, Gluconeogenesis pathway, CC BY-SA 3.0↩︎