Nachdem wir uns im ersten Teil des kleinen Stoffwechsel 1x1 langsam an die Verstoffwechselung der Kohlenhydrate herangetastet haben, schauen wir uns heute an, was mit der Glukose passiert, sobald sie in die Zellen eingeschleust wurde. preview
Der Stoffwechsel der Glukose
Vielleicht kommt jetzt bei einigen die Frage auf, warum hier ausgerechnet Glukose-6-Phosphat gesondert besprochen wird? Ganz einfach: Glukose-6-Phosphat ist ein zentrales Molekül des Kohlenhydratstoffwechsels, denn je nach Stoffwechsellage und Bedürfnis des Körpers, kann Glukose-6-Phosphat verschiedene Stoffwechselwege einschlagen. Es kann über die Glykolyse zur Energiebereitstellung abgebaut werden, den Pfad des Pentosephosphatwegs einschlagen, dem Aufbau von Glykogen dienen oder der Glukoneogenese zugeführt werden.Rufen wir uns aber zuvor noch mal ins Gedächtnis was Glukose-6-Phosphat überhaupt ist. Im ersten Teil dieser Artikelreihe wurde beschrieben, was mit der im Darm resorbierten Glukose passiert. Dabei wurde festgestellt, dass Glukose mit Hilfe von Diffusion in die Zellen aufgenommen wird. Damit ein Konzentrationsgefälle aufrechterhalten werden kann, muss die Glukose in der Zelle aus dem Gleichgewicht genommen werden. Dies geschieht durch eine Anheftung eines Phosphatrestes – einer Phosphorylierung.
Nun kann allerdings nicht jede Zelle auf die selbe Art und Weise mit Glukose-6-Phosphat arbeiten. Nicht alle oben beschriebenen Stoffwechselwege können in jeder Zelle unseres Organismus ablaufen. Was allerdings jede Zelle unseres Körpers kann, ist der Abbau von Glukose-6-Phosphat zur Energiebereitstellung über die Glykolyse. Werden Ribosomen für Nukleotide oder Reduktionsäquivalente für die Biosynthese von Fettsäuren und Cholesterin benötigt, kann Glukose-6-Phosphat, ebenfalls in jeder Zelle, in den Pentosephosphatweg eingeschleust werden oder zur Glykolysierung von Proteinen ins endoplasmatische Retikulum transportiert werden. Sollte nun auch hier wieder irgendjemand nur Bahnhof verstehen, keine Sorge, nach und nach werden alle Fremdwörter und Stoffwechselwege erklärt. Wichtig ist nur, dass jeder diese Begriffe schon einmal gehört hat, was das Einfügen ins Gesamtbild später erleichtern wird. Also nicht entmutigen lassen, wenn jetzt nicht alles klar sein sollte.
Aber machen wir weiter. Es gibt durchaus auch Reaktionen die nur in der Muskelzelle ablaufen können, bzw. Reaktionen die nicht in Muskelzellen stattfinden können. Eine dieser Reaktionen wäre die Synthese von Glykogen, welche außer in der Muskelzelle nur noch in der Leber stattfinden kann und auch nur bei ausreichendem Angebot an Glukose-6-Phosphat. Werden also beispielsweise nur wenig Kohlenhydrate über die Nahrung zugeführt, so wird logischerweise auch kein oder nur wenig Glykogen aufgebaut, sondern direkt der Glykolyse zur Energiebereitstellung zugeführt. Es sei denn, der Körper durchlief über eine fettproteinbetonte Kostform die nötige Umstellungsphase und ist in der Lage einen Großteil seines Energiebedarfs über die Oxidation von Fettsäuren zu decken (siehe "Stoffwechselreaktionen bei isokalorischer fettproteinbetonter Kost"). Wurde nun tatsächlich aus Glukose-6-Phosphat Glykogen synthetisiert, wird dieses bei Beanspruchung des jeweiligen Muskels über verschiedene Zwischenprodukte wieder zu Glukos-6-Phosphat abgebaut und der Glykolyse zur Gewinnung von ATP zugeführt.
Das Organ, welches Glukose-6-Phosphat sozusagen universell nutzen kann ist, wie könnte es auch anders sein, die Leber. Solltet ihr widererwartend irgendwann nach irgendwelchen Stoffwechselreaktionen gefragt werden, einfach als zentralen Dreh- und Angelpunkt die Leber angeben. Damit werdet ihr (fast) immer richtig liegen, was die Wichtigkeit dieses Organs noch mal unterstreichen soll! Neben sämtlichen bereits beschriebenen Stoffwechselwegen ist die Leber nämlich noch zusätzlich in der Lage, über das in der Muskulatur und anderen Zellen nicht verfügbare Enzym Glukose-6-Phosphatase, aus Glukose-6-Phosphat wieder freie Glukose herzustellen und diese ins Blut abzugeben. Und somit hätten wir dann die Funktion der Stabilisierung des Blutzuckerspiegels erarbeitet.
Kommen nach der Verdauung von Nahrungskohlenhydraten größere Mengen Glukose über die Pfortader zur Leber, werden diese über Glukose-6-Phosphat zu Glykogen aufgebaut und bei sinkendem Blutzuckerspiegel oder Energiebedarf von z.B. dem Gehirn erneut zu Glukose-6-Phosphat abgebaut. Liegt Glukose-6-Phosphat vor, wird der Phosphatrest über das Enzym Glukose-6-Phosphatase abgespalten und die Glukose kann mittels Diffusion (diesmal umgekehrt) wieder ins Blut gelangen.
Mechanismen der Stoffwechselregulation
Wir haben nun oben gesehen, wieviel verschiedene Wege die Glukose einschlagen kann und was die Zellen alles mit Glukose anfangen können. Diese ganzen Wege müssen über verschiedene komplizierte Mechanismen reguliert werden. Die Grundprinzipien wollen wir nun betrachten.Die Regulation läuft einerseits über Hormone ab, welche der Organismus als Informationsmittel nutzt. Den meisten durchaus bekannt dürfte z.B. das Insulin sein. Diese Art der Regulation nutzt der Körper um Kommunikation zwischen einzelnen Zellen und Geweben zu betreiben. Innerhalb der Zelle erfolgt die Regulation über allsoterische Effektoren, die bestimmte Enzyme aktivieren oder inaktivieren. Bei der kommenden Besprechung der Glykolyse wird, ebenso wie bei anderen Auf- und Abbauwegen von Molekülen klar, dass es innerhalb der Reaktionskette immer mindestens einen enzymatischen Schritt gibt, der nur in eine Richtung ablaufen kann. Genau an solchen Schlüsselenzymen wird ein Stoffwechselweg reguliert. Doch dazu im folgenden Artikel zur Glykolyse mehr.
Zum Schluss sollen nun noch die einzelnen wichtigsten Regulationshormone angesprochen werden. Da es sich auch hier um komplizierte und wichtige Vorgänge handelt, sollen diese einzelnen Hormone nochmals gesondert genauer besprochen und erläutert werden. Hier sollen nur die grundlegenden Funktionen dargelegt werden.
Insulin und Glukagon
Diese beiden Hormone sind genaue Gegenspieler, können paradoxerweise jedoch trotzdem in gewissen Situationen parallel zueinander arbeiten (siehe "Stoffwechselreaktionen bei isokalorischer fettproteinbetonter Kost"). Insulin sinkt den cAMP-Spiegel der Zielzellen und infolge dessen den Blutglukosespiegel. Glukagon hingegen steigert den cAMP-Spiegel von Zellen, welche dann vermehrt Glukose ins Blut abgeben. Das hier hauptsächlich von Leberzellen die Rede ist, dürfte nach der Erläuterung der verschiedenen Glukose-6-Phosphatwege klar sein.Adrenalin
Adrenalin wirkt ebenfalls über eine cAMP-Erhöhung und hat sozusagen als Hauptaufgabe, den Zellen der Muskulatur eine bald bevorstehende Anstrengung zu melden.Cortisol
Cortisol gehört zu den Glukokortikoiden und sorgt für die langfristige Stabilisierung des Blutzuckerspiegels. Cortisol kann hier als katabolstes Hormon gewertet werden, denn es wirkt nicht nur fettkatabol und stimuliert die Glukosefreisetzung ins Blut, sondern kann ebenfalls stark proteinkatabol wirken, sprich die Freisetzung von Aminosäuren aus dem Muskelgewebe zur Glukoneogenese fördern.Schilddrüsenhormone
Schilddrüsenhormone verändern den Energiehaushalt ebenfalls langfristig. Sie erhöhen den Glukosespiegel im Blut durch die vermehrte Aufnahme von Glukose im Darm und einem gesteigerten Glykogenabbau in der Leber.Was ist cAMP?
Jetzt gilt nur noch kurz zu klären, was denn cAMP überhaupt ist? Schließlich wurde es oben mehrfach angesprochen. Auch hier möchte ich es möglichst kurz und einfach halten.cyclisches AMP (cAMP), ist ein unter der Wirkung von Hormonen durch ein in der Zellmembran lokalisiertes Enzym (Adenylatcyclase) gebildetes Nukleotid. In einer als Signaltransduktion bezeichneten Reaktionsfolge vermittelt cAMP intrazellulär die Wirkung verschiedener Hormone als ein zweiter Botenstoff, indem es Stoffwechsel und Genaktivität verändert.
Quellenangabe:
- Berg, J. M., Tymoczko, J. L., Stryer, L.: Biochemie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg Berlin 2003
- Horn F., Moc I., Schneider N., Grillhösl C., Berghold S., Lindenmeier G.: Diochemie des Menschen. Georg Thieme Verlag KG, Stuttgart 2004
- Müller-Esterl, W.: Biochemie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, München 2004
- http://lexikon.meyers.de