Glucose Umwandlung

Glukose-Umwandlung

Umsetzung von Phosphoenolpyruvat zu Pyruvat. Der Organismus kann sogar Fette und Proteine in Energie umwandeln. im Klartext: Sie können sich ohne fremde Hilfe ineinander verwandeln. Das Umwandeln der Formen ineinander wird als Mutation bezeichnet. Der Nachweis der Glukosebildung wurde durch Umwandlung erbracht.

Glukoseabbau und Glukosesynthese

Die energetische Zersetzung der Monosaccharid-Glukose findet im Cytosol jeder einzelnen Blutzelle durch Glycolyse statt. Dabei wird Glukose in zehn Stufen in Pyruvate zerlegt, wodurch zwei Moleküle ATP und zwei Reduzierungsäquivalente mit Hilfe der Phosphorylierung der Substratkette erhalten werden. Der weitere Einsatz des Reaktionsproduktes Brennpyruvat ist abhängig von der Sauerstoffzufuhr der Zell. Pyruvate werden unter anaeroben Verhältnissen durch den Dehydrogenase Komplex (PDH) in Acetyl-CoA überführt und im Citratkreislauf zu Kohlendioxid oxydiert.

Bei anaerobem Zustand wird das Brenztraubensalz jedoch durch das Ferment Laktatdehydrogenase (LDH) in Laktat umgerechnet. Es wird keine weitere Wärme gewonnen, aber das auch bei der Glycolyse erzeugte Produkt wird zu NAD+ zurückgewonnen und steht für einen neuen Glycolyseprozess zur Verfügung. 2. Glycolyse ist streng allosterisch und hormonell reguliert.

Glukose kann aber auch über einen anderen Degradationsweg, den sogenannten hexosemonophosphatischen Weg (syn. Pentosephosphatweg), abbaubar sein. In der Lage sind Lebewesen und Nieren, Glukose aus zwei Pyruvatmolekülen selbst zu bilden. Die so genannte Glukoneogenese liefert Glukose an Organe, die ihren energetischen Bedarf vor allem durch Glukose während des Fastens abdecken. Glukoneogenese ist keine unmittelbare Umkehrung der Glykolyse: Da die Kernreaktionen der Glukoneogenese unumkehrbar sind, werden drei weitere Fermente für die Glukoneogenese zur Umgehung dieser Reaktion gebraucht.

Glukoneogenese wird daher nicht bei Energielosigkeit, sondern nur bei Glukosemangel durchgeführt. Die Reaktion der Glycolyse kann in drei Stufen unterteilt werden: DAP und GAP sind Isomeren, können leicht in einander konvertiert werden und stehen in diesem Arbeitsschritt im Einklang. Bei der Glycolyse werden 2 ATP angelegt und 4 ATP erzielt, die Nettorendite liegt bei 2 ATP!

Netto-Reaktion: Glukose + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+ ? 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O! Der Reaktionsverlauf der Glycolyse hängt von der allgemeinen Stoffwechsellage ab und ist abhängig von der allosterischen und hormonellen Regulierung der Schlüsselenzymen Hexokinase, Phase 1 und Brenztraubenkinase.

Die bei der Glycolyse entstehenden Pyruvate können von den Solarzellen auf zwei verschiedene Arten verarbeitet werden: Bei Vorhandensein von Luftsauerstoff wird das Brenztraubensalz in der Pyruvatdehydrogenase-Reaktion zu Acetyl-CoA umgesetzt, das in den Citratkreislauf eingebracht werden kann (sog. Aerobische Glykolyse). Steht der Messzelle kein Luftsauerstoff zur VerfÃ?gung, wird das Brenztraubensalz in der Laktat-Dehydrogenase-Reaktion zu Laktat zerkleinert.

Dabei wird weniger Energie erzeugt als das bei der Glycolyse verbrauchte NAD+. Das bei der Glycolyse entstehende Brenztraubengas wird unter anaeroben Verhältnissen (d.h. in Gegenwart von Sauerstoff) bei der Pyruvatdehydrogenase-Reaktion in Acetyl-CoA umgerechnet. Sie ist Bindeglied zwischen der Glycolyse und dem Zitratzyklus. Das heißt, Acetyl-CoA kann nicht wieder in Brenztabletten umgerechnet werden.

Azetyl-CoA ist daher kein Mittel zur Glukoneogenese! Im Cytosol erfolgt die Glycolyse, aber die PDH-Reaktion erfolgt in der Matrize der Zellmembran. Daher wird der Pyruvattransport in das Zellinnere mit einem Pyruvatträger (Pyruvat/H+-Import oder Pyruvat/OH-Antiport) durchgeführt. Der PDH-Komplex fängt hier mit der Umwandlung von Brenztraubensäure zu Acetyl-CoA an. So wird die Dihydrolipoyltransacetylase (E2) durch Acetyl-CoA, die Dihydrolipoyldehydrogenase (E3) durch NADH+H+ inhibiert!

Wie die Glycolyse selbst erfolgt die Verwertung des Pyruvats anaerob im Zytostat. Hierbei wird die Pyruvatlösung durch Laktatdehydrogenase in Laktat umgerechnet. Der Saldo der Glycolyse lautet: Glukose + 2 Pi + 2 ADP 2 Laktat + 2 ATP + 2 H 2O! NAD+ wird unter Sauerstoffmangel mit Laktatdehydrogenase erneuert, unter Sauerstoffmangel über die Atemkette!

Bei bestimmten Krankheitsbildern kann es zu einem erhöhten LDH-Gehalt kommen. Bei der Glycolyse wird ATP durch Phosphorylierung der Substratkette hergestellt. Der Energieertrag ist unter Anaerobbedingungen gering: Zu Anfang werden zwei ATP angelegt und 4 ATP produziert, d.h. 2 ATP-Netze. Das Umsetzungsprodukt Pyrrovat kann nur unter strengen Aerobbedingungen durch die PDH-Reaktion in den Citratkreislauf und schließlich in die Atemkette eingebracht werden.

Bei anaerobem Zustand ist das Ergebnis des Glukoseabbaus Laktat. Man kann aus einem Glukosemolekül zwei Molekülen ATP gewinnen. Energiehaushalt der Anaerobie: Glukose + 2 Pi + 2 ADP 2 Laktat + 2 ATP + 2 H 2O! Die Glukose in der Glycolyse, im Citratkreislauf und in der Atemkette wird unter strengen Aerobbedingungen bis zu den Werten für CO 2 und H 2O induziert.

Etwa 32 Molekülen ATP können aus einem Glukosemolekül erhalten werden. Der Gesamtenergiehaushalt des Glukoseabbaus unter anaeroben Verhältnissen liegt bei +32 ATP! Grundsatz: Szenario 2: Die Zellen benötigen in erster Linie Pentosen: Propionyl-CoA wird zunächst in Methylmalonyl-CoA, dann in Succinyl-CoA umgerechnet. Glukoneogenese ist nicht nur die Umkehrung der Glycolyse.

Bei den Schlüsselenzymen der Glycolyse sind die Reaktion aus thermophysikalischen Gesichtspunkten unumkehrbar und müssen durch Glukoneogenese-spezifische Reaktion abgelöst werden! Phosphorylierter Glukose kann die Zellen nicht mehr passieren, daher ist die Glukose-6-Phosphatase-Reaktion für Organe, die an der Regulierung des Blutzuckers mitwirken ( "Leber und Niere"), unentbehrlich! Eine Störung der Glukose-6-Phosphatase verhindert, dass das in der Glukoneogenese entstandene (oder aus dem Glykogen freigesetzte) Glukose-6-Phosphat enphosphoryliert wird und somit die Zellen verlässt.

Glukoneogenese wird nicht durch einen Mangel an Glukose angetrieben, sondern durch einen Mangel an Glukose, d.h. einen zu niedrigen Blutzuckerwert! Die Glukoneogenese wird ähnlich wie die Glycolyse über die Schlüsselenzymen Brenztraubencarboxylase, Phosphoenolpyruvatcarboxykinase und Fructose-1,6-Bisphosphatase gesteuert. Glycolyse und Glukoneogenese werden exakt in die entgegengesetzte Richtung geregelt. Denn sonst würde das bei der Glycolyse anfallende Brenztraubensalz immer wieder zu Glukose umgebaut - ein Kreislauf, der die Zellenergie jedes Mal wieder aufbraucht!

Beschreiben Sie die ersten Stufen der Glycolyse bis zur Bildung von Fructose-1,6-Bisphosphat! Was ist die erste energetische Umsetzung der Glycolyse und welche Art von Anregung? Ist auch die Wirkung umkehrt? Welche Wirkmechanismen hemmen die Glycolyse in der Leber bei niedrigem Blutzuckerspiegel? Wo und wie wird das Glykolyseprodukt unter anaeroben Verhältnissen verstoffwechselt?

Beschreiben Sie den weiteren Stoffwechsel von Brenztraubensäure unter aeroben Einflüssen! Wozu dient der hexosemonophosphatische Weg (= Pentosephosphatweg), in welchen Organsystemen insbesondere und was ist sein Hauptenzym? Mit welchen Stoffen wird in der Glukoneogenese als Ausgangsmaterial für die Bildung neuer Glukose gearbeitet? Glukoneogenese ist nicht nur die Inversion der Glycolyse.

Was sind irreversible Glykolysereaktionen, die bei der Glukoneogenese vermieden werden müssen? Beschreiben Sie die Schritte, die bei der Glukoneogenese erforderlich sind, um die Pyruvatkinase zu umgehen! Was ist der Zweck der durch den Einsatz von 6-Phosphatase katalysierten Umsetzung und wo erfolgt sie (Organ- und Zellkompartiment)? Präsentieren Sie die energetische Bilanz der Glukoneogenese!

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