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Glukosestoffwechsel

Der Abbau von Glukose wird als Glykolyse, der Neuaufbau von Glukose als Glukoneogenese bezeichnet.
Die Glykolyse ist der zentrale Stoffwechselweg für die Glukoseoxidation. Er ist in allen Zellen im Cytoplasma lokalisiert. Bei der Glykolyse wird Glukose in zwei Moleküle Pyruvat zerlegt. Dabei entstehen 2 ATP und 2 NADH, deren Energie in der Atmungskette ebenfalls zur ATP-Erzeugung herangezogen werden kann. Wir können die Glykolyse in zwei Abschnitte unterteilen. In der Vorbereitungsphase wird Glukose unter Verbrauch von 2 ATP doppelt phosphoryliert. Nach Spaltung in zwei C-3-Zucker werden in der Ertragsphase 4 ATP und 2 NADH-Moleküle gewonnen. Da bei der Oxidation NAD+ als Elektronenakzeptor benötigt wird, kann die Glykolyse nicht ohne dieses Molekül ablaufen. Ist genügend Sauerstoff vorhanden, so wird durch die Atmungskette genügend NAD+ bereitgestellt. Bei Sauerstoffmangel muß jedoch NAD+ durch Reduktion von Pyruvat zu Laktat regeneriert werden. Dies bezeichnen wir als anaerobe Glykolyse. Sie ist längst nicht so effizient, wie die aerobe Glykolyse, bei der Pyruvat über Acetyl-CoA im Zitratzyklus vollständig zu CO2 oxidiert wird. Das erste (Hexokinase), dritte (Phosphofruktokinase) und letzte (Pyruvatkinase) Enzym sind die Schlüsselenzyme der Glykolyse. Die wichtigsten Regulatoren der Glykolyse sind Indikatoren für die Energieladung der Zelle, wie das ATP/ADP oder das NADH/NAD+-Verhältnis. Übergeordnet wird die Glykolyse durch den Glukagon/Insulin-Quotienten reguliert.
Durch die Glukoneogenese wird von der Leber und den Nieren Glukose für andere Organe synthetisiert. Um aus zwei Molekülen Pyruvat ein Molekül Glukose zu synthetisieren werden 6 ATP und 2 NADH benötigt. Die Enzyme der Glukoneogenese sind bis auf die drei Schlüsselenzyme mit denen der Glykolyse identisch. Die quasi irreversiblen Reaktionen der drei glykolytischen Schlüsselenzyme müssen durch andere Reaktionen und damit durch andere Enzyme umgangen werden. Substrate der Glukoneogenese sind Laktat (aus Muskeln), Glycerol (aus Triacylglyceriden), Propionyl-CoA (aus der Oxidation ungradzahliger Fettsäuren) und glukogene Aminosäuren.

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