Gluconeogenese und ihre Schritte

### Gluconeogenese

• Definition: Die Neubildung von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern.
• Edukte: 2 Pyruvat, 4 ATP, 2 GTP, 6 H2O, 2 NADH/H+
• Produkte: Glucose, 2 GDP, 2 P, 4 ADP, 4 P, 2 NAD+
• Wichtige Ausgangssubstrate: Lactat ist das quantitativ wichtigste, Pyruvat ist ein weiteres.
• Zellkompartimente: Cytosol, Mitochondrien, ER.
• Orte der Gluconeogenese: Leber, Nierenrinde (Zellen des proximalen Tubulus), Dünndarm (Epithelzellen).

Schritte der Gluconeogenese:

• Pyruvat-Carboxylase und Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase:
  • Befinden sich in der mitochondrialen Matrix.
  • Oxalacetat wird über einen Antiport (alpha Ketoglutarat) ins Cytosol transportiert.
  • Wichtiger Punkt: Die mitochondriale Innenmembran besitzt keinen Transporter für Oxalacetat.
  • Oxalacetat wird durch NADH/H+ zu Malat reduziert.
  • Malat wird im Cytosol durch NAD+ zu Oxalacetat reoxidiert.
• Fructose-1,6-Bisphosphatase: Katalysiert die reversible Umwandlung von Fructose 1,6-Bisphosphat zu Fructose 6-Phosphat.
• G6Phosphatase: Katalysiert die reversible Umwandlung von Glucose 6-Phosphat zu Glucose.
• ATP-Verbrauch: Die Gluconeogenese benötigt 6 ATP pro Glucosemolekül.

Gluconeogenese aus glucogenen Aminosäuren:

• Glucogene Aminosäuren können Glucose bilden.
• Sie werden zu Pyruvat und Metaboliten des Citratzyklus abgebaut.
• Aminosäuren, die zur Gluconeogenese beitragen: Alle Aminosäuren außer Lysin und Leucin.
• Aminosäuren, die nicht zur Gluconeogenese beitragen: Lysin und Leucin.
• Ketogene Aminosäuren: Lysin und Leucin werden zu Acetyl-CoA abgebaut und können nicht zur Gluconeogenese beitragen.
• Ketonkörper: Ketogene Aminosäuren bilden im Fasten Ketonkörper.

Gluconeogenese aus Glycerin:

• Triacylglycerine (TAG) werden durch Lipolyse in Fettsäuren und Glycerin gespalten.
• Glycerin wird zu 3-Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt und in die Gluconeogenese eingeschleust.

Regulation der Gluconeogenese:

• irreversible Reaktionen: Die Gluconeogenese wird durch mehrere irreversible Reaktionen reguliert.
• enzymbegrenzte Reaktionen: Die enzymatische Aktivität limitiert den Substratfluss.
• Verzweigungsstellen im Stoffwechsel: Die Enzyme kontrollieren häufig einen frühen Schritt im Stoffwechselweg und regulieren Verzweigungsstellen im Stoffwechsel.
• allosterische Regulation: Enzyme der Gluconeogenese werden allosterisch durch verschiedene Metaboliten reguliert.

Regulation der Gluconeogenese durch Fructose-2,6-Bisphosphat:

• Fructose-2,6-Bisphosphat: Ist ein wichtiges Regulationselement der Gluconeogenese und Glykolyse.
• Insulin: Aktiviert die Proteinphosphatase 1, wodurch das bifunktionelle Enzym dephosphoryliert wird, was zur Bildung von Fructose-2,6-Bisphosphat führt. Fructose-2,6-Bisphosphat aktiviert Phosphofructokinase-1 und steigert die Glykolyse.
• Glucagon: Aktiviert die Proteinkinase A, wodurch das bifunktionelle Enzym phosphoryliert wird und Fructose-2,6-Bisphosphat NICHT gebildet wird. Dadurch wird Phosphofructokinase-1 nicht aktiviert und die Glykolyse reduziert.

Energiegewinnung aus Fettsäureabbau:

• Fettsäureabbau: Fettsäuren werden zu Acetyl-CoA abgebaut.
• Ketonkörper: Acetyl-CoA kann zu Ketonkörpern umgewandelt werden, die als Energiequelle dienen können.
• Glykolyse: Die Glykolyse wird durch eine niedrige Energieladung (hohes AMP, niedriges ATP) stimuliert.
• Gluconeogenese: Die Gluconeogenese wird durch eine hohe Energieladung (hohes ATP) stimuliert.

Gluconeogenese

• DieGluconeogenese ist der anabole Stoffwechselweg, der Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern synthetisiert.
• Edukte: 2 Pyruvat + 4 ATP + 2 GTP + 6 H2O + 2 NADH/H+
• Produkte: Glucose + 2 GDP + 2 P + 4 ADP + 4 P + 2 NAD+
• Hauptsächlich in der Leber und Niere durchgeführt.
• 3 verschiedene Zellkompartimente sind an der Gluconeogenese beteiligt: Cytosol, Mitochondrien, ER.
• Der Transport des Stoffes (Oxalacetat) ins Cytosol ist notwendig, da die Mitochondriale Innenmembran keinen Transporter für Oxalacetat besitzt.
• Die Gluconeogenese ist ein energieintensiver Prozess mit einer Nettobilanz von 6 ATP, die benötigt werden.

Gluconeogenese wichtige Enzyme

• Pyruvat-Carboxylase: Katalysiert die Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat (2 ATP).
• Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase: Katalysiert die Umwandlung von Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat (2 ATP).
• Fructose-1,6-Bisphosphatase: Katalysiert die Umwandlung von Fructose-1,6-Bisphosphat zu Fructose-6-Phosphat.
• Glucose-6-Phosphatase: Katalysiert die Umwandlung von Glucose-6-Phosphat zu Glucose.

Gluconeogenese - wichtige Schritte

• Enzyme, die für die irreversible Reaktion verantwortlich sind, kontrollieren enzymbegrenzte Reaktionen.
• Enzymbegrenzende Reaktionen sind oft frühe Schritte im Stoffwechselweg und kontrollieren Verzweigungspunkte im Stoffwechsel.
• Regulierung der Gluconeogenese erfolgt durch Hormone wie Insulin und Glucagon.
• Insulin fördert die Glykolyse, während Glucagon die Gluconeogenese fördert und den Abbau von Glucose hemmt.
• Insulin aktiviert Proteinphosphatase 1, die das bifunktionelle Enzym dephosphoryliert. Dies führt zur Bildung von Fructose-2,6-Bisphosphat, das Phosphofructokinase-1 aktiviert und somit die Glykolyse fördert.
• Glucagon aktiviert Proteinkinase A, die das bifunktionelle Enzym phosphoryliert. Dies verhindert die Bildung von Fructose-2,6-Bisphosphat, wodurch die Glykolyse gehemmt wird.
• Fructose-2,6-Bisphosphat spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Glucosestoffwechsels.
• Es aktiviert die Phosphofructokinase-1 in der Glykolyse und hemmt die Fructose-1,6-Bisphosphatase in der Gluconeogenese.
• Glucagon fördert die Gluconeogenese, indem es cAMP erhöht und Proteinkinase A aktiviert, die das bifunktionelle Enzym phosphoryliert.
• Insulin fördert die Glykolyse, indem es die Proteinkinase A inhibiert und Proteinphosphatase 1 aktiviert, was zur Dephosphorylierung des bifunktionellen Enzyms führt.

Gluconeogenese - Substrat

• Lactat ist das quantitativ wichtigste Ausgangssubstrat der Gluconeogenese.
• Glucogene Aminosäuren können in Pyruvat oder Oxalacetat umgewandelt werden und zur Gluconeogenese beitragen.
• Glycerin aus Triacylglycerinen wird in Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt und in die Gluconeogenese eingeschleust.
• Fettsäuren können nicht direkt zu Glucose umgewandelt werden, da die Reaktion von Pyruvat zu Acetyl-CoA irreversibel ist.

Gluconeogenese - Wichtige Fakten

• Die Gluconeogenese ist die Synthese von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern.
• Die Gluconeogenese findet hauptsächlich in der Leber und Niere statt.
• Die Gluconeogenese ist ein energieintensiver Prozess, der 6 ATP pro Glucose-Molekül verbraucht.
• Die Gluconeogenese wird durch Hormone wie Insulin und Glucagon reguliert.
• Insulin hemmt die Gluconeogenese, während Glucagon sie fördert.
• Gluconeogenese und Glykolyse sind entgegengesetzte Stoffwechselwege, die fein reguliert sind, um den Blutzuckerspiegel zu kontrollieren.

Ketogene Aminosäuren

• Lysin und Leucin sind die einzigen ketogenen Aminosäuren.
• Ketogene Aminosäuren werden zu Acetyl-CoA abgebaut und können nicht zur Gluconeogenese beitragen.
• Ketogene Aminosäuren bilden bei Fasten Ketonkörper.

Gluconeogenese - Wichtige Enzyme

• Pyruvat-Carboxylase: Katalysiert die Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat.
• Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase: Katalysiert die Umwandlung von Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat.
• Fructose-1,6-Bisphosphatase: Katalysiert die Umwandlung von Fructose-1,6-Bisphosphat zu Fructose-6-Phosphat.
• Glucose-6-Phosphatase: Katalysiert die Umwandlung von Glucose-6-Phosphat zu Glucose.

Gluconeogenese - Wichtige Schritte

• Die Gluconeogenese beginnt mit der Umwandlung von Pyruvat zu Oxalacetat.
• Oxalacetat wird dann zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt.
• Phosphoenolpyruvat wird dann durch eine Reihe von Reaktionen zu Glucose umgewandelt.

Gluconeogenese - Regulierung

• Die Gluconeogenese wird hauptsächlich durch das Verhältnis von ATP zu AMP reguliert.
• Ein hohes ATP/AMP-Verhältnis hemmt die Gluconeogenese.
• Ein niedriges ATP/AMP-Verhältnis fördert die Gluconeogenese.
• Glucagon fördert die Gluconeogenese.
• Insulin hemmt die Gluconeogenese.
• Fructose-2,6-Bisphosphat ist ein wichtiger Regulator der Gluconeogenese.
• Fructose-2,6-Bisphosphat hemmt die Fructose-1,6-Bisphosphatase und aktiviert die Phosphofructokinase-1.

Gluconeogenese - Wichtige Fakten

• Die Gluconeogenese ist ein anaboler Stoffwechselweg, der Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern synthetisiert.
• Die Gluconeogenese ist wichtig, um den Blutzuckerspiegel während des Fastens oder bei Hunger aufrechtzuerhalten.
• Die Gluconeogenese ist ein energieintensiver Prozess, der 6 ATP pro Glucose-Molekül verbraucht.
• Glucogene Aminosäuren: Umsetzung dieser Aminosäuren in Pyruvat und Metabolite des Citratzyklus führt zur Gluconeogenese.
• Ketogene Aminosäuren: Abbau zu Acetyl-CoA erfolgt ohne Beteiligung an der Gluconeogenese.
• Glycerin aus der Lipolyse kann in Dihydroxyacetonphosphat umgewandelt werden, welches in die Gluconeogenese eingeschleust wird.
• Die Gluconeogenese wird durch Hormone wie Insulin und Glucagon reguliert.
• Insulin hemmt die Gluconeogenese, während Glucagon sie fördert.