Gluconeogenese aus Alanin. Synthese von Glucose aus Aminosäuren. Energiekosten der Gluconeogenese

Voraussetzung für die Gluconeogenese

• für rote Blutkörperchen ist Glukose die einzige Energiequelle;
• Nervengewebe verbraucht etwa 120 g Glukose pro Tag und dieser Wert hängt praktisch nicht von der Intensität seiner Arbeit ab. Nur in Extremsituationen (längeres Fasten) ist es möglich, Energie aus Nicht-Kohlenhydratquellen zu gewinnen;
• Glucose spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der erforderlichen Konzentrationen von Metaboliten des Tricarbonsäurezyklus (hauptsächlich Oxalacetat).

Daher muss der Körper in bestimmten Situationen – bei niedrigem Kohlenhydratgehalt in der Nahrung, Fasten, längerer körperlicher Arbeit, also wenn Blutzucker verbraucht wird und eine Hypoglykämie auftritt – in der Lage sein, Glukose zu synthetisieren und seine Konzentration im Blut zu normalisieren. Dies wird durch Gluconeogenese-Reaktionen erreicht.

Der Bedarf an Gluconeogenese im Körper wird durch zwei Zyklen nachgewiesen – Glucose-Lactat und Glucose-Alanin.

Glucose-Lactat- (in Gelb) und Glucose-Alanin-Zyklen

Glukose-Laktat-Zyklus (Cori-Zyklus)

Der Glukose-Laktat-Zyklus ist ein zyklischer Prozess, der die Reaktionen der Gluconeogenese und die Reaktionen der anaeroben Glykolyse kombiniert. Die Glukoneogenese findet in der Leber statt; das Substrat für die Glukosesynthese ist Laktat, das hauptsächlich aus roten Blutkörperchen oder Muskelgewebe stammt.

In Erythrozyten wird kontinuierlich Milchsäure gebildet, da für sie die anaerobe Glykolyse die einzige Möglichkeit zur Energiegewinnung darstellt.

In der Skelettmuskulatur ist eine hohe Anreicherung von Milchsäure (Laktat) eine Folge der Glykolyse bei sehr intensiver, submaximaler Kraftarbeit, während der intrazelluläre pH-Wert auf 6,3–6,5 sinkt. Aber auch bei geringer und mittlerer Intensität wird immer eine gewisse Menge Laktat in der Skelettmuskulatur gebildet. Es gibt nur einen Weg, Milchsäure zu entfernen: Sie in Brenztraubensäure umzuwandeln. Aufgrund der Eigenschaften des Isoenzyms Laktatdehydrogenase-5 ist die Muskelzelle selbst jedoch weder während der Arbeit noch im Ruhezustand in der Lage, Laktat in Pyruvat umzuwandeln. Die Zellmembran ist jedoch für Laktat sehr durchlässig und wandert entlang des Konzentrationsgradienten nach außen. Daher wird Laktat während und nach dem Training (während der Erholung) leicht aus dem Muskel entfernt. Dies geschieht recht schnell, bereits nach 0,5-1,5 Stunden befindet sich kein Laktat mehr im Muskel. Ein kleiner Teil der Milchsäure wird mit dem Urin ausgeschieden.

Der größte Teil des Blutlaktats wird von Hepatozyten aufgenommen, zu Brenztraubensäure oxidiert und gelangt in den Weg der Glukoneogenese. In der Leber produzierte Glukose wird von den Hepatozyten selbst verwendet oder an die Muskeln zurückgegeben, wodurch die Glykogenreserven im Ruhezustand wiederhergestellt werden. Es kann auch auf andere Organe verteilt werden.

Glukose-Alanin-Zyklus

Das Ziel des Glukose-Alanin-Zyklus ist ebenfalls die Entfernung von Pyruvat, darüber hinaus wird aber noch eine weitere wichtige Aufgabe gelöst – die Entfernung von überschüssigem Stickstoff aus dem Muskel.

Während der Muskelarbeit und im Ruhezustand werden Proteine ​​im Myozyten abgebaut und die resultierenden Aminosäuren mit α-Ketoglutarat transaminiert. Das entstehende Glutamat interagiert mit Pyruvat. Das entstehende Alanin ist eine Transportform von Stickstoff und Pyruvat vom Muskel zur Leber. Im Hepatozyten findet eine umgekehrte Transaminierungsreaktion statt, die Aminogruppe wird auf die Harnstoffsynthese übertragen, Pyruvat wird für die Glukosesynthese verwendet.

Die Gluconeogenese ist energetisch teuer

Alle Aminosäuren außer dem ketogenen Leucin und Lysin sind in der Lage, an der Glukosesynthese teilzunehmen. Die Kohlenstoffatome einiger von ihnen – glucogen – sind vollständig im Glukosemolekül enthalten, andere – gemischt – teilweise. Neben der Produktion von Glukose sorgt die Gluconeogenese auch für die Entfernung von „Abfällen“ – Laktat, das ständig in roten Blutkörperchen oder bei Muskelarbeit gebildet wird, und Glycerin, das ein Produkt der Lipolyse im Fettgewebe ist.

Problemumgehungen

Bekanntlich gibt es bei der Glykolyse drei irreversible Reaktionen: Pyruvatkinase (zehnte), Phosphofructokinase (dritte) und Hexokinase (erste). Diese Reaktionen setzen Energie für die ATP-Synthese frei. Daher entstehen im umgekehrten Prozess Energiebarrieren, die die Zelle mit Hilfe zusätzlicher Reaktionen umgeht.

Die Gluconeogenese umfasst alle reversiblen Reaktionen der Glykolyse und spezielle Bypass-Wege, das heißt, sie wiederholt die Reaktionen der Glucoseoxidation nicht vollständig. Seine Reaktionen können in allen Geweben auftreten, mit Ausnahme der letzten Glucose-6-Phosphatase-Reaktion, die nur in Leber und Nieren auftritt. Daher findet die Gluconeogenese streng genommen nur in diesen beiden Organen statt.

Umgehung der zehnten Glykolysereaktion

In diesem Stadium der Gluconeogenese wirken zwei Schlüsselenzyme – Pyruvatcarboxylase in den Mitochondrien und Phosphoenolpyruvatcarboxykinase im Zytosol.

Chemisch gesehen ist der Workaround für die zehnte Reaktion recht einfach:

Eine vereinfachte Version der Umgehung der zehnten Reaktion der Glykolyse

Tatsache ist jedoch, dass sich die Pyruvat-Carboxylase in den Mitochondrien und die Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase im Zytosol befindet. Ergänzt wird das Problem durch die Undurchlässigkeit der Mitochondrienmembran für Oxalacetat. Aber Malat, eine Vorstufe von Oxalacetat im TCA-Zyklus, kann die Membran passieren.

Daher sieht in Wirklichkeit alles komplizierter aus:

Umgehung der zehnten Glykolysereaktion

1. Im Zytosol kann Brenztraubensäure bei der Oxidation von Milchsäure und bei der Transaminierungsreaktion von Alanin auftreten. Danach wird Pyruvat mit H+-Ionen importiert, die sich entlang des Protonengradienten bewegen, und gelangt in die Mitochondrien. In Mitochondrien wandelt Pyruvatcarboxylase Brenztraubensäure in Oxalacetat um. Diese Reaktion findet ständig in der Zelle statt und ist eine anaplerotische (Ergänzungs-)Reaktion des TCA-Zyklus.
2. Oxalacetat könnte dann in Phosphoenolpyruvat umgewandelt werden, allerdings muss es dazu zunächst in das Zytosol gelangen. Daher erfolgt die Reduktionsreaktion von Oxalacetat zu Malat unter Beteiligung der Malatdehydrogenase. Dadurch reichert sich Malat an, gelangt in das Zytosol und wird wieder in Oxalacetat umgewandelt. Ein Überschuss an NADH in den Mitochondrien ermöglicht die Umkehrung der Malat-Dehydrogenase-Reaktion. NADH entsteht durch β-Oxidation von Fettsäuren, die bei Glukosemangel in den Hepatozyten aktiviert werden.
3. Im Zytoplasma wandelt die Phosphoenolpyruvatcarboxykinase Oxalacetat in Phosphoenolpyruvat um; die Reaktion erfordert GTP-Energie. Der gleiche Kohlenstoff, der hinzugefügt wird, wird aus dem Molekül entfernt.

Ein Pyruvat und Laktat

Pyruvat wird in der Leber aus Laktat und Alanin gebildet. Laktatdehydrogenase oxidiert Laktat zu Pyruvat und bildet NADH. Alanin-Aminotransferase überträgt die Aminogruppe von Alanin auf α-Ketoglutarat, um Glutamat und Pyruvat zu bilden.

B Glucogene Aminosäuren

Aminosäuren, die zu Pyruvat oder Metaboliten des TCA-Zyklus abgebaut werden, sind potenzielle Substrate der Gluconeogenese (Pyruvat und Metaboliten des TCA-Zyklus können Oxalacetat bilden und sind an der Gluconeogenese beteiligt). Solche Aminosäuren werden als glucogen bezeichnet. Die Aminosäuren Alanin und Glutamin, die Aminogruppen von der Muskulatur auf die Leber übertragen, sind besonders wichtige glucogene Aminosäuren in unserem Körper.

B-Glycerin

Glycerin gelangt mit der Nahrung in unseren Körper und wird in der Leber und im Fettgewebe synthetisiert. Während des Fastens werden Triacylglycerine (TAGs) in Adipozyten in Glycerin und Fettsäuren zerlegt. Glycerin gelangt ins Blut und wird zur Leber transportiert. Anschließend wird es im Verlauf zweier enzymatischer Reaktionen in umgewandelt Dihydroxyacetonphosphat, ein Metabolit der Glykolyse und Gluconeogenese.

G Fettsäuren

Fettsäuren mit einer ungeraden Atomzahl werden zu Propionyl-CoA oxidiert. Es wird in Methylmalonyl-CoA umgewandelt, das in einer weiteren enzymatischen Reaktion Succinyl-CoA bildet. Succinyl-CoA ist ein Metabolit des TCA-Zyklus und hat daher das Potenzial, an der Gluconeogenese beteiligt zu sein. Dies wird durch Untersuchungen mit C-14-Kohlenstoffisotopen bestätigt.

2.3 Gluconeogenese-Reaktionen

A Reaktionsgleichungen

8. Dihydroxyacetonphosphat + Glycerinaldehyd-3-phosphat Fructose-1,6-bisphosphat

9. Fruktose-1,6-bisphosphat+ H2 O Fructose-6-phosphat + Fn

10. Fruktose-6-phosphat Glucose-6-phosphat

11. Glucose-6-phosphat + H2O Glucose + Fn

32 Kapitel 2 Gluconeogenese

B Energiebarrieren und einzigartige Reaktionen der Gluconeogenese

IN Die Glykolyse ist irreversibel 1., 3. und 10. Reaktion. Diese Reaktionen gehen nur in eine Richtung und werden aufgerufen Energiebarrieren. Bei der Gluconeogenese werden sie durch 4 Reaktionen umgangen. Die übrigen Reaktionen sind bei der Glykolyse und der Gluconeogenese üblich, da sie je nach Überschuss des Produkts oder Substrats sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung ablaufen können.

Reaktion 1

In der ersten Reaktion der Gluconeogenese Pyruvatcarboxylase katalysiert die Carboxylierung von Pyruvat zu Oxalacetat unter Aufwand von 1 Molekül ATP. Die Reaktion läuft in Mitochondrien in zwei Phasen ab:

1. Der Bruch einer hochenergetischen Bindung in einem ATP-Molekül unter Bildung von ADP. Es entsteht ein energiereiches Carboxyphosphat-Molekül, das sich dann an Biotin bindet und „aktiviert“ wird.

2. Die aktive Carboxylgruppe wird vom Carboxybiotin auf das Pyruvatmolekül übertragen, um Oxalacetat zu bilden.

Reaktion 2

Gluconeogenese-Reaktionen 33

Hormonelle Regulierung:

Einige Hormone wirken stimulierend auf die Expression des PEP-Carboxykinase-Gens.

Die zweite Reaktion der Gluconeogenese führt zur Bildung eines energiereichen Moleküls – Phosphoenolpyruvat. Bei dieser Reaktion wird Oxalacetat auf Kosten von 1 Molekül GTP decarboxyliert.

Reis. 7. Transport von Oxalacetat und Phosphoenolpyruvat von den Mitochondrien zum Zytosol.

Diese Reaktion wird durch ein Enzym katalysiert PEP-Carboxykinase. Beim Menschen kommt es sowohl in Mitochondrien als auch im Zytosol vor. In einigen Geweben ist es jedoch nur im Zytosol vorhanden, sodass Oxalacetat aus den Mitochondrien dorthin transportiert werden muss. Die innere Mitochondrienmembran verfügt über Transportproteine ​​für Malat und Aspartat, jedoch nicht für Oxalacetat. Daher muss es in eine dieser Verbindungen umgewandelt werden, für die es Transportproteine ​​in der Membran gibt.

Hierfür gibt es zwei Möglichkeiten (siehe Abb. 7): 1) Oxalacetat wird zu Malat reduziert; 2) Oxalacetat akzeptiert bei der Transaminierungsreaktion eine Aminogruppe und bildet Aspartat. Der erste Weg erfordert die Beteiligung von NADH. Der zweite ist in der Leber klein: Aspartat, das von den Mitochondrien ins Zytosol übertragen wird, wird im Harnstoffzyklus zu Oxalacetat desaminiert.

Reaktionen 3-8

Diese Reaktionen werden durch glykolytische Enzyme katalysiert, laufen jedoch nicht in Vorwärtsrichtung (für die Glykolyse), sondern in die entgegengesetzte Richtung ab.

Reaktion 9

In der 9. Reaktion der Gluconeogenese wird Fructose-1,6-bisphosphat hydrolysiert Fruktose-6-phosphat unter Beteiligung eines Enzyms Fructose-1,6-bisphosphatase. Es sind mehrere allosterische Regulatoren dieses Enzyms bekannt (oben aufgeführt).

Reaktion 10

Fructose-6-phosphat isomerisiert zu Glucose-6-phosphat. Diese Reaktion wird durch das glykolytische Enzym Phosphoglucoisomerase katalysiert.

Reaktion 11

Die letzte Reaktion der Gluconeogenese ist die Dephosphorylierung von Glucose im endoplasmatischen Retikulum, katalysiert durch Glucose-6-phosphat- Zoy. Bei dieser Reaktion entsteht Glukose. Der Phosphorsäurerest und die Glucose werden durch die T3- bzw. T2-Proteine ​​zurück zum Zytosol transportiert. Als nächstes wird freie Glukose durch GLUT2-Proteine ​​aus der Zelle transportiert.

Das Enzym für diese Reaktion kommt nur in der Leber, den Nieren und dem Dünndarm vor, sodass diese Organe in der Lage sind, Glukose ins Blut zu exportieren. Die übrigen Zellen (nicht alle) synthetisieren Glukose nur für ihren eigenen Bedarf.

Synthese von Glucose aus Milchsäure

Bei körperlicher Aktivität in Muskeln Insbesondere bei intensiver Belastung und maximaler Leistung wird eine große Menge Milchsäure produziert. Milchsäure wird auch kontinuierlich gebildet rote Blutkörperchen, unabhängig vom Zustand des Körpers. Mit dem Blutkreislauf gelangt es in die Hepatozyten und wird in Pyruvat umgewandelt. Weitere Reaktionen verlaufen nach dem klassischen Schema.

Die Gesamtreaktion der Gluconeogenese aus Milchsäure:

Laktat + 4ATP + 2GTP + 2H 2 O → Glucose + 4ADP + 2GDP + 6P n

Synthese von Glucose aus Aminosäuren

Eine Reihe von Aminosäuren sind glukogen, das heißt, ihre Kohlenstoffgerüste sind in gewissem Maße in der Lage, in Glukose eingebaut zu werden. Die meisten Aminosäuren sind so außer Leucin und Lysin, deren Kohlenstoffatome niemals an der Kohlenhydratsynthese beteiligt sind.

Betrachten Sie als Beispiel für die Synthese von Glucose aus Aminosäuren die Beteiligung von Glutamat, Aspartat, Serin und Alanin an diesem Prozess.

Asparaginsäure(nach der Transaminierungsreaktion) und Glutaminsäure(nach der Desaminierung) werden in Metaboliten des TCA-Zyklus umgewandelt, nämlich Oxalacetat und α-Ketoglutarat.

Alanin Bei der Transaminierung entsteht Brenztraubensäure, die zu Oxalacetat carboxylieren kann. Oxalacetat ist das erste Element im Prozess der Glukoneogenese und wird dann in die Glukosesynthese einbezogen.

Serin In einer dreistufigen Reaktion unter dem Einfluss der Serin-Dehydratase verliert es seine Aminogruppe und wandelt sich in Pyruvat um, das in die Gluconeogenese eintritt.

Einbeziehung von Aminosäuren in die Glukosesynthese

Synthese von Glucose aus Glycerin

Bei körperlicher Aktivität unter dem Einfluss von Adrenalin oder beim Fasten unter dem Einfluss von Glucagon und Cortisol reagieren Adipozyten aktiv Abbau von Triacylglycerinen(Lipolyse). Eines der Produkte dieses Prozesses ist Alkohol Glycerin was zur Leber geht. Hier wird es phosphoryliert, zu Dihydroxyacetonphosphat oxidiert und ist an Gluconeogenesereaktionen beteiligt.

Wir wenden uns nun der Synthese von Glukose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern zu, einem Prozess, der Glukoneogenese genannt wird. Dieser Stoffwechselweg ist sehr wichtig, da einige Gewebe und insbesondere das Gehirn in hohem Maße auf Glukose als Primärbrennstoff angewiesen sind.

Reis. 15.4. Schematische Darstellung der Domänenstruktur der Glutathionreduktase. Jede Untereinheit dieses dimeren Enzyms besteht aus einer NADP+-Domäne, einer FAD-Domäne und einer Grenzdomäne. Glutathion ist mit der FAD-Domäne einer Untereinheit und der Grenzdomäne der anderen Untereinheit assoziiert

Der Tagesbedarf des erwachsenen Gehirns an Glukose beträgt etwa 120 g, d. h. das Gehirn deckt den größten Teil des gesamten Glukosebedarfs des Körpers (160 g). In den Körperflüssigkeiten sind etwa 20 g Glukose vorhanden, aus Glykogen, seiner Reserveform, können etwa 190 g Glukose problemlos gewonnen werden. Somit reichen „direkte“ Glukosereserven völlig aus, um den Bedarf an Glukose für einen Tag zu decken. Bei längeren Fastenperioden muss Glukose aus nicht-kohlenhydrathaltigen Quellen gebildet werden, um die Lebensfähigkeit des Körpers sicherzustellen. Auch in Zeiten intensiver körperlicher Aktivität spielt die Gluconeogenese eine wichtige Rolle.

Die wichtigsten Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen von Glukose sind Laktat, Aminosäuren und Glycerin. Laktat wird in der arbeitenden Skelettmuskulatur gebildet, wenn die Glykolysegeschwindigkeit die Umwandlungsgeschwindigkeit im Tricarbonsäurezyklus und in der Atmungskette übersteigt (Abschnitt 12.10). Aminosäuren stammen aus mit der Nahrung zugeführten Proteinen und entstehen beim Fasten durch den Abbau von Skelettmuskelproteinen

Reis. 15.5. Weg der Tluconeogenese. Die charakteristischen Reaktionen dieses Signalwegs sind durch rote Pfeile dargestellt. Die übrigen Reaktionen ähneln den Reaktionen der Glykolyse. Tluconeogenese-Enzyme sind im Zytosol lokalisiert, mit Ausnahme von Pyruvatcarboxylase (in Mitochondrien) und Glucose-6-Phosphatase (assoziiert mit dem endoplasmatischen Retikulum). Angegeben sind die Stadien („Eintrittspunkte“), an denen Laktat, Glycerin und Aminosäuren in die Gluconeogenese einbezogen werden.

(Abschnitt 23.8). Durch die Hydrolyse von Triacylglycerinen (Abschnitt 17.4) entstehen in Fettzellen Glycerin und Fettsäuren. Glycerin dient als Vorstufe von Glucose, während Fettsäuren aus Gründen, die später besprochen werden, bei Tieren nicht in Glucose umgewandelt werden können (Abschnitt 17.14). Auf dem Weg der Gluconeogenese wird Pyruvat in Glucose umgewandelt. Der Einschluss von Metaboliten in diesen Stoffwechselweg erfolgt hauptsächlich auf der Ebene von Pyruvat, Oxalacetat und Dihydroxyacetonphosphat (Abb. 15.5). Der Hauptort der Gluconeogenese ist die Leber. Dieser Prozess findet auch in der Nierenrinde statt, allerdings beträgt die Gesamtmenge der in den Nieren gebildeten Glukose nur 1/10 der in der Leber, was durch die geringere Masse des Nierengewebes erklärt wird. Im Gehirn sowie im Skelett- und Herzmuskel findet nur eine sehr geringe Glukoneogenese statt. Höchstwahrscheinlich sorgt die Gluconeogenese in Leber und Nieren dafür, dass der Blutzuckerspiegel so hoch ist, dass Gehirn und Muskeln dem Blut ausreichende Mengen an Glukose entziehen können, um ihren Stoffwechselbedarf zu decken.

Aerober Abbau von Glukose

Energiewert des aeroben Abbaus von Glukose.

Die aerobe Glykolyse erzeugt 10 Mol ATPR pro 1 Mol Glucose. So werden in den Reaktionen 7, 10 4 Mol ATP durch Substratphosphorylierung gebildet und in Reaktion 6 werden 6 Mol ATP (pro 2 Mol Glycerinaldehydphosphat) durch oxidative Phosphorylierung synthetisiert.

Gleichgewicht der aeroben Glykolyse.

Der Gesamteffekt der aeroben Glykolyse beträgt 8 Mol ATP, da die Reaktionen 1 und 3 2 Mol ATP verbrauchen. Die weitere Oxidation von zwei Mol Pyruvat im allgemeinen Katabolismus geht mit der Synthese von 30 Mol ATP (15 Mol für jedes Pyruvatmolekül) einher. Daher beträgt der gesamte Energieeffekt des aeroben Abbaus von Glucose zu Endprodukten 38 Mol ATP .

Die Bedeutung der anaeroben Glykolyse

Anaerobe und aerobe Glykolyse sind energetisch ungleich. Die Bildung von zwei Mol Laktat aus Glucose geht mit der Synthese von nur zwei Mol ATP einher, da das aus der Oxidation von Glycerinaldehydphosphat gewonnene NADH nicht von der Atmungskette verwendet, sondern von Pyruvat aufgenommen wird.

Anaerober Abbau von Glukose.

Die anaerobe Glykolyse ist trotz ihrer geringen Energiewirkung die Hauptenergiequelle für die Skelettmuskulatur in der Anfangsphase intensiver Arbeit, d. h. unter Bedingungen, bei denen die Sauerstoffversorgung begrenzt ist. Darüber hinaus gewinnen reife rote Blutkörperchen Energie durch anaerobe Oxidation von Glukose, da sie keine Mitochondrien haben.

Alkoholische Gärung- chemische Reaktion Fermentation wird von Hefe durchgeführt, wodurch ein Molekül Glucose in 2 Moleküle Ethanol und 2 Moleküle Kohlendioxid umgewandelt wird.

Alkoholische Gärung (durchgeführt durch Hefe und einige Arten von Bakterien), bei der Pyruvat in Ethanol und Kohlendioxid zerlegt wird. Aus einem Molekül Glukose entstehen zwei Moleküle Trinkalkohol (Ethanol) und zwei Moleküle Kohlendioxid. Diese Art der Gärung ist bei der Brotherstellung, beim Brauen, bei der Weinbereitung und beim Destillieren sehr wichtig. Wenn der Starter eine hohe Pektinkonzentration aufweist, kann auch eine geringe Menge Methanol entstehen. Normalerweise wird nur eines der Produkte verwendet; Bei der Herstellung von Brot verdunstet der Alkohol beim Backen, und bei der Herstellung von Alkohol entweicht in der Regel Kohlendioxid in die Atmosphäre, obwohl in jüngster Zeit Anstrengungen unternommen werden, es zu recyceln.

40.Glukoneogenese- der Prozess der Bildung von Glukosemolekülen in der Leber und teilweise in der Nierenrinde (ca. 10 %) aus Molekülen anderer organischer Verbindungen – Energiequellen, zum Beispiel freie Aminosäuren, Milchsäure, Glycerin

Die Gesamtgleichung für die Gluconeogenese lautet: 2 CH 3 COCOOH + 4ATP + 2GTP + 2NADH. H + + 6 H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 2NAD + 4ADP + 2BIP + 6P n .

Rolle im Körper

Während des Fastens verbraucht der menschliche Körper aktiv Nährstoffreserven ( Glykogen, Fettsäure). Sie trennten sich Aminosäuren, Ketosäuren und andere Nicht-Kohlenhydrat-Verbindungen. Die meisten dieser Verbindungen werden vom Körper nicht ausgeschieden, sondern recycelt. Stoffe werden über das Blut transportiert Leber aus anderen Geweben und werden in der Gluconeogenese zur Synthese verwendet Glucose- die wichtigste Energiequelle im Körper. Wenn also die körpereigenen Reserven aufgebraucht sind, ist die Gluconeogenese der Hauptlieferant von Energiesubstraten.

Die meisten Etappen Gluconeogenese repräsentiert Umkehrung der Glykolysereaktion. Nur 3 Glykolysereaktionen(Hexokinase, Phospho-Fructokinase und Pyruvatkinase) sind irreversibel, daher werden andere im Prozess der Gluconeogenese in drei Stufen verwendet Enzyme. Betrachten wir den Synthesepfad Glucose aus Pyruvat. Bildung von Phosphoenolpyruvat aus Pyruvat. Die Synthese von Phosphoenolpyruvat erfolgt in mehreren Stufen. Zunächst wird Pyruvat beeinflusst Pyruvatcarboxylase und unter Beteiligung von CO 2 und ATP Carboxylate zu Oxalacetat: Oxalacetat entsteht dann Decarboxylierung und Phosphorylierung unter dem Einfluss Enzym Phosphoenolpyruvat-Carboxylase wandelt sich in Phosphoenolpyruvat um. Spender Phosphatrückstände in Reaktionen dient als Guanosintriphosphat (GTP): Es wurde festgestellt, dass der Prozess der Bildung von Phosphoenolpyruvat beteiligt ist Enzyme Zytosol und Mitochondrien. Die erste Stufe der Synthese findet statt Mitochondrien(Abb. 10.6). Pyruvatcarboxylase, die dies katalysiert Reaktion ist ein allosterisches Mitochondrium Enzym. Als Allosteriker Aktivator gegeben Enzym Acetyl-CoA ist erforderlich. Membranamitochondrien undurchlässig für das entstehende Oxalacetat. Der letzte ist hier Mitochondrien wird zu Malat reduziert: Reaktion erfolgt unter Beteiligung mitochondrialer NAD-abhängiger Malatdehydrogenase. IN Mitochondrien Das NADH/NAD+-Verhältnis ist relativ hoch und daher wird intramitochondriales Oxalacetat leicht zu Malat reduziert, das leicht freigesetzt wird Mitochondrien durch die Mitochondrien Membran. Im Zytosol ist das NADH/NAD+-Verhältnis sehr gering und Malat wird wiederum unter Beteiligung von zytoplasmatischem NAD-abhängigem oxidiert Malatdehydrogenase: Die weitere Umwandlung von Oxalacetat in Phosphoenolpyruvat erfolgt im Zytosol Zellen. Umwandlung von Fructose-1,6-bisphosphat in Fructose-6-phosphat. Phosphoenolpyruvat, gebildet aus Pyruvat, als Ergebnis einer Reihe reversibler Glykolysereaktionen in Fruktose-1,6-bisphosphat umgewandelt. Als nächstes kommt Phosphofructokinase Reaktion, was irreversibel ist. Gluconeogenese geht um dieses Endergon herum Reaktionen. Die Umwandlung von Fructose-1,6-bis-phosphat zu Fructose-6-phosphat wird durch eine spezifische katalysiert Phosphatase: .Ausbildung Glucose aus Glucose-6-phosphat. Im anschließenden reversiblen Stadium Biosynthese von Glukose Fructose-6-phosphat wird in Glucose-6-phosphat umgewandelt. Letzteres kann dephosphoryliert (d. h. Reaktion umgeht Hexokinase Reaktionen) beeinflusst Enzym Glucose-6-Phosphatase: Regulierung Gluconeogenese. Ein wichtiger Punkt bei der Regulierung der Gluconeogenese ist Reaktion, katalysiert Pyruvatcarboxylase. Die Rolle eines positiven allosterischen Modulators dabei Enzym führt Acetyl-CoA durch. In Abwesenheit von Acetyl-CoA Enzym fast völlig entzogen Aktivität. Wenn drin Käfig mitochondriales Acetyl-CoA reichert sich an, Biosynthese von Glukose aus Pyruvat wird verstärkt. Es ist bekannt, dass Acetyl-CoA gleichzeitig ein negativer Modulator des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes ist (siehe unten). Folglich wird die Anreicherung von Acetyl-CoA oxidativ verlangsamt Decarboxylierung Pyruvat, das auch zu dessen Umwandlung beiträgt Glucose. Ein weiterer wichtiger Punkt in der Regulierung Gluconeogenese – Reaktion, katalysiert durch Fructose-1,6-bisphosphatase – Enzym, was gehemmt ist AMF. Gegenteilige Aktion AMF beeinflusst die Phosphofructokinase, d.h. dafür Enzym es ist allosterisch Aktivator. Bei niedrigen AMP-Konzentrationen und hohes Niveau ATP Es kommt zu einer Stimulation Gluconeogenese. Im Gegenteil, wenn der Wert des Verhältnisses ATP/AMF klein, in Käfig Es wird eine Aufspaltung beobachtet Glucose. Gezeigt, das Gluconeogenese kann auch indirekt geregelt werden, d.h. durch Veränderung Enzymaktivität, nicht direkt an der Synthese beteiligt Glucose. Somit wurde festgestellt, dass Glykolyse-Enzym Pyruvatkinase existiert in 2 Formen – L und M. Form L (aus der englischen Leber – Leber) überwiegt in Stoffe fähig dazu Gluconeogenese. Diese Form wird durch Überschuss gehemmt ATP und einige Aminosäuren, insbesondere Ala-nin. Die M-Form (vom englischen Muscle – Muskeln) unterliegt einer solchen Regelung nicht. Bei ausreichender Versorgung Zellen Energie hemmt die L-Form Pyruvatkinase. Als Folge der Hemmung kommt es zu einer Verlangsamung Glykolyse und es werden günstige Bedingungen für die Gluconeogenese geschaffen. Abschließend ist es interessant festzustellen, dass dazwischen Glykolyse, intensiv einströmend Muskelgewebe mit seiner aktiven Aktivität und Gluconeogenese, besonders charakteristisch für die Leber Stoffe, es besteht eine enge Beziehung. Maximal Aktivität Muskeln durch Kräftigung Glykolyse Es entsteht ein Überschuss Milchsäure, diffundiert hinein Blut, V Leber Ein erheblicher Teil davon wird zu Glucose(Gluconeogenese). Solch Glucose kann dann als Energie genutzt werden Substrat, notwendig für Aktivität Muskelgewebe.

41. Glykogen- die Hauptform der Glukoseablagerung in tierischen Zellen. In Pflanzen erfüllt Stärke die gleiche Funktion. Strukturell ist Glykogen wie Stärke ein verzweigtes Polymer aus Glucose.

Glykogen ist jedoch verzweigter und kompakter. Die Verzweigung gewährleistet die schnelle Freisetzung einer großen Anzahl terminaler Monomere beim Abbau von Glykogen. Die Synthese und der Abbau von Glykogen sind nicht reversibel; diese Prozesse laufen auf unterschiedliche Weise ab.

Biosynthese*** von Glykogen

Glykogen wird während der Verdauung synthetisiert (innerhalb von 1-2 Stunden nach der Einnahme von kohlenhydrathaltigen Nahrungsmitteln). Besonders intensiv findet die Glykogenese in der Leber und der Skelettmuskulatur statt. Die ersten Reaktionen produzieren UDF-Glucose (Reaktion 3), die aktivierte Form von Glucose, die direkt an der Polymerisationsreaktion beteiligt ist (Reaktion 4). Diese letzte Reaktion wird durch die Glykogensynthase katalysiert, die Glucose an ein Oligosaccharid oder an ein bereits in der Zelle vorhandenes Glykogenmolekül bindet und so die Kette um neue Monomere verlängert. Die für die Herstellung und den Einbau in eine wachsende Polysaccharidkette erforderliche Energie beträgt 1 Mol ATP und 1 Mol UTP. Die Verzweigung der Polysaccharidkette erfolgt unter Beteiligung des Enzyms Amylo-1,4-1,6-Glycosyltransferase, indem eine -1,4-Bindung aufgebrochen und unter Bildung ein Oligosaccharidrest vom Ende der wachsenden Kette in ihre Mitte übertragen wird von -1 an dieser Stelle, 6-glykosidische Bindung. Das Glykogenmolekül enthält bis zu 1 Million Glucosereste, daher wird eine erhebliche Menge Energie für die Synthese aufgewendet. Die Notwendigkeit, Glukose in Glykogen umzuwandeln, beruht auf der Tatsache, dass die Ansammlung einer erheblichen Menge Glukose in der Zelle zu einem Anstieg des osmotischen Drucks führen würde, da Glukose eine hochlösliche Substanz ist. Im Gegenteil, Glykogen liegt in der Zelle in Form von Granulat vor und ist schwer löslich. Der Abbau von Glykogen – Glykogenolyse – findet zwischen den Mahlzeiten statt.

Die zweite Ticketoption ist 40.

Glukosebiosynthese – Gluconeogenese

Unter Glukoneogenese versteht man die Synthese von Glukose aus Vorläufern, die keine Kohlenhydrate sind. Bei Säugetieren wird diese Funktion hauptsächlich von der Leber und in geringerem Maße von den Nieren und Zellen der Darmschleimhaut übernommen. Die Glykogenreserven des Körpers reichen aus, um den Glukosebedarf zwischen den Mahlzeiten zu decken. Bei Kohlenhydrat- oder völligem Hunger sowie bei längerer körperlicher Arbeit bleibt die Glukosekonzentration im Blut aufgrund der Gluconeogenese erhalten. Bei diesem Prozess können Substanzen beteiligt sein, die in Pyruvat oder einen anderen Metaboliten der Gluconeogenese umgewandelt werden können.

Darüber hinaus erfolgt die Verwendung von Primärsubstraten bei der Gluconeogenese in verschiedenen physiologischen Zuständen. Unter Hungerbedingungen zerfallen daher einige Gewebeproteine ​​in Aminosäuren, die dann bei der Gluconeogenese verwendet werden. Beim Abbau von Fetten entsteht Glycerin, das über Dioxyacetonphosphat an der Gluconeogenese beteiligt ist. Laktat, das bei intensiver körperlicher Arbeit in den Muskeln entsteht, wird dann in der Leber in Glukose umgewandelt. Folglich ist die physiologische Rolle der Gluconeogenese aus Laktat und aus Aminosäuren und Glycerin unterschiedlich. Die Synthese von Glucose aus Pyruvat verläuft wie bei der Glykolyse, jedoch in umgekehrter Richtung.

Gluconeogenese.

Enzyme: 1-Pyruvatcarboxylase, 2-Phosphoenolpyruvatcarboxykinase, 3-Phosphatase Fru-1,6-Diphosphat, 4-Glucose-6-Phosphatase.

Sieben Reaktionen der Glykolyse sind leicht reversibel und werden bei der Gluconeogenese genutzt. Drei Kinasereaktionen sind jedoch irreversibel und müssen umgangen werden. So werden Fructose-1,6-bisphosphat und Glucose-6-phosphat durch spezifische Phosphatasen dephosphoryliert und Pyruvat über zwei Zwischenschritte über Oxalacetat zu Phosphoenolpyruvat phosphoryliert. Die Bildung von Oxalacetat wird durch Pyruvatcarboxylase katalysiert. Dieses Enzym enthält Biotin als Coenzym. Oxalacetat wird in Mitochondrien gebildet, zum Zytosol transportiert und ist an der Gluconeogenese beteiligt. Es ist zu beachten, dass jede der irreversiblen Reaktionen der Glykolyse zusammen mit der entsprechenden irreversiblen Reaktion der Gluconeogenese einen Zyklus namens Substrat darstellt.

Gluconeogenese, irreversible Reaktionen.

Es gibt drei solcher Zyklen – entsprechend drei irreversiblen Reaktionen. Die Folge des gleichzeitigen Ablaufs von Reaktionen von Substratkreisläufen ist der Energieverbrauch. Substratzyklen können unter normalen Stoffwechselbedingungen in der Leber auftreten und haben eine ganz bestimmte biologische Bedeutung. Darüber hinaus dienen diese Zyklen als Angriffspunkte regulatorischer Mechanismen, wodurch sich der Metabolitenfluss entweder auf dem Weg des Glukoseabbaus oder auf dem Weg seiner Synthese verändert. Zusammenfassende Gleichung für die Gluconeogenese aus Pyruvat:

2 Pyruvat + 4 ATP + 2 GTP + 2(NADH) + 4 H 2 O Glucose + 4 ADP + 2 GDP + 2 NAD+ + 6 H 3 PO 4.

Pro Tag können im menschlichen Körper bis zu 80 g Glukose synthetisiert werden. Die Synthese von 1 Mol Glucose aus Pyruvat erfordert 6 hochenergetische Bindungen (4 ATP und 2 GTP).

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