Fructose-Stoffwechsel und PDH Regulation

Fructose-Stoffwechsel

• Fructose wird in der Leber hauptsächlich über den Fructose-1-phosphat-Weg verarbeitet.
• Dieser Weg umgeht den stark regulierten Schritt der Glykolyse – die Phosphofructokinase.
• Übermäßige Fructose-Aufnahme führt zur Bildung einer Fettleber.
• High Fructose Corn Syrup (HFCS) ist ein stark fructosehaltiger Süßstoff.

Pyruvat-Dehydrogenase

• Pyruvat ist das Endprodukt der Glykolyse.
• Die Pyruvat-Dehydrogenase wandelt Pyruvat in Acetyl-CoA um.
• Sie ist ein Multienzymkomplex.

Pyruvat-Dehydrogenase (PDH)

• Die Enzym benötigt FAD und Thiaminpyrophosphat als Coenzyme.
• Thiamin ist Vitamin B1.
• Acetyl-CoA besteht aus Coenzym A.
  • Coenzym A besteht aus:
    • Adenosin
    • Diphosphat
    • Pantoinsäure (aus Panthothensäure, Vitamin B5)
    • β-Alanin
    • Thioethanolamin

Regulation der PDH

• Die PDH wird durch verschiedene Mechanismen reguliert, wie z.B. durch:
  • Produktinhibition
  • Allosterische Regulation
  • Phosphorylierung

Vitamin B1-Mangel

• Ein Mangel an Vitamin B1 führt zu verschiedenen gesundheitlichen Problemen.
• Vitamin B1 (Thiamin) ist ein wichtiger Cofaktor für die PDH.

Vitamin B1

• Drei wichtige Enzyme benötigen Thiamin als Cofaktor:
  • Pyruvat-Dehydrogenase
  • Transketolase (Pentosephosphatweg)
  • α-Ketoglutarat-Dehydrogenase (Citratzyklus)

Citratzyklus

• Der Citratzyklus steht im Zentrum des Stoffwechsels.
• Seine Hauptfunktion ist die Umwandlung von Acetyl-CoA in 2 CO2.
  • Dies ist eine katabolische Reaktion.
• Die freigesetzte Energie wird in Form von NADH + H+ und FADH2 gespeichert.
• Die Energie wird in der Atmungskette zur ATP-Synthese verwendet.
• Die Enzyme des Citratzyklus befinden sich im Mitochondrium.
• Der Citratzyklus ist wichtig für die Biosynthese von Fettsäuren und Steroiden.
  • Dies ist eine anabole Reaktion.
• Nettoreaktion: Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + 2 H2O + Pi → 2 CO2 + CoA + 3 NADH+H+ + FADH2 + GTP

Stoffwechsel

• Katabolismus:
  • Reaktionen, die Brennstoffe (z. B. Zucker, Fett) in zelluläre Energie umwandeln.
• Anabolismus:
  • Reaktionen, die Energie benötigen, z. B. die Synthese von Glucose, Fetten oder DNA.
• Amphibolische Stoffwechselwege:
  • Können sowohl anabolisch als auch katabolisch sein.
  • Beispiel: Citratzyklus

Citratzyklus: Regulation

• Der Citratzyklus wird durch verschiedene Mechanismen reguliert, darunter:
  • Produktinhibition
  • Allosterische Regulation
  • Phosphorylierung

Gluconeogenese

• Die Gluconeogenese ist die Bildung von Glucose aus anderen Nährstoffen.
• Sie findet hauptsächlich bei Kohlenhydratmangel (Glucosemangel) statt.
• Dies ist eine anabole Reaktion.

Umgehung von irreversiblen Reaktionen der Glykolyse:

• Hexokinase:
  • Glucose wird zu Glucose-6-phosphat umgewandelt.
• Phosphofructokinase:
  • Fructose-6-phosphat wird zu Fructose-1,6-bisphosphat umgewandelt.
• Pyruvatkinase:
  • Phosphoenolpyruvat wird zu Pyruvat umgewandelt.

Gluconeogenese

• Pyruvat wird durch Pyruvat-Carboxylase zu Oxalacetat umgewandelt.
• Oxalacetat wird durch Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt.

Gluconeogenese

• Glucose-6-phosphatase ist nur in Leber-, Nieren- und Dünndarmzellen vorhanden.

Glykolyse/Gluconeogenese

• Die Glykolyse und die Gluconeogenese sind zwei komplementäre Stoffwechselwege.
• Sie regulieren den Glucosespiegel im Blut.

Glykogenstoffwechsel

• Glykogen ist die Speicherform der Glucose.
• Glykogen wird aus einzelnen Glukosemolekülen aufgebaut.
• Die Leber kann Glukose insulinunabhängig aufnehmen und in Glykogen umwandeln.
  • Dies geschieht, wenn genügend Nährstoffe vorhanden sind.
• Die Leber kann aus dem Glykogenspeicher wieder freie Glucose abspalten und in die Blutbahn freigeben.
• Der Muskel nimmt die Glucose aus dem Blut insulinabhängig auf.
• Wenn der Energiebedarf gedeckt ist, wird Glucose als Glykogen gespeichert.
• Bei Bedarf wird Glykogen zu Glucose-6-phosphat abgebaut.

Lactat-Dehydrogenase (LDH)

• Glykolyse: Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 Pyruvat + 2 NADH + H+ + 2 ATP + 2 H2O
• Das Enzym ist ein Tetramer.
• Pyruvat kann durch LDH in Milchsäure umgewandelt werden.
• Die Lactat-Dehydrogenase spielt eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung in Muskeln während anstrengender Aktivitäten.

Wechselwirkung von Glykolyse und Gluconeogenese während eines Sprints

• Während eines Sprints wird Glucose durch die Glykolyse zu Pyruvat abgebaut.
• Pyruvat wird zu Lactat reduziert und gelangt in die Leber.
• In der Leber wird Lactat durch die Gluconeogenese wieder zu Glucose umgewandelt.

Alkoholabbau

• Acetaldehyd ist ein giftiges Zwischenprodukt des Alkoholabbaues.
• Acetaldehyd wird zu Acetat umgewandelt.
• Acetat wird dann zu Acetyl-CoA umgewandelt.

Feedback

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Dieser Quiz behandelt den Fructose-Stoffwechsel und die Rolle der Pyruvat-Dehydrogenase bei der Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA. Außerdem werden die Mechanismen der Regulierung der PDH sowie deren Coenzyme betrachtet. Teste dein Wissen über diese wichtigen biochemischen Prozesse!