EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Glucose-6-phosphat – Glycogen 288 288 10.4 Kohlenhydratabbau – Glycolyse Der Großteil unseres Energiestoffwechsels läuft über Kohlenhydrate. Der Blutzucker (Glucose, ca. 0,1 % des Blutes) bildet die unmittelbare Nährstoffre- serve aller Zellen. Die Gehirnzellen und die Erythrozyten (roten Blutkörperchen) sind sogar vollständig auf Glucose angewiesen, die Gehirnzellen deshalb, weil die Blut-Hirn-Schranke eine Versorgung mit Fett verhindert, die Erythrozyten, weil sie keine Mitochondrien enthalten und daher keine β -Oxidation betreiben können. Auch alle anderen Zellen verarbeiten zur Energiegewinnung bevorzugt Glucose. Der Glucosestoffwechsel ist rascher und vor allem flexibler bezüglich schwankender Sauerstoffversorgung der Zellen als der Fettstoffwechsel. Kohlenhydratverdauung – Spaltung der Di- und Polysaccharide Die Zerlegung der Kohlenhydrate in Monosaccharide erfolgt sehr rasch und beginnt bereits im Mund durch Enzyme. Daher beginnt Brot, das lang gekaut wird, nach einiger Zeit süßlich zu schmecken. Der Abbau von Stärke und von Disacchariden wird im Magen weitgehend abgeschlossen. Im Darm erfolgt die Aufnahme der Monosaccharide ins Blut. Wie gelangt die Glucose in die Zellen? Die im Blut aufgenommenen Monosaccharide bilden dort den Blutzucker (siehe S. 263). Das wichtigste Monosaccharid ist Glucose (Bestandteil von Stärke und aller anderen ernährungsrelevanten Disaccharide). Daher soll im Folgenden hauptsächlich Glucose betrachtet werden. Die lipophilen Zellmembranen enthalten Glucosetransporter, die die Diffusion von Glucose in die Zellen erleichtern. In der Zelle wird Glucose sofort phospho- ryliert, also mit ATP in Glucose-6-Phosphat (kurz G6P) umgewandelt. Dieses ist so stark hydrophil, dass es die Zelle nicht mehr verlassen kann (Phosphatfalle). Die Bildung von G6P wird meist als erster Schritt der Glycolyse bezeichnet, allerdings ist diese Reaktion auch für alle anderen Glucoseverwertungsreaktio- nen in der Zelle notwendig, vor allem für die Glycogenbildung . Die Zelle enthält eigentlich nicht Glucose, da freie Glucose praktisch nicht vorkommt. Das G6P ist also der Ausgangsstoff für die Glycolyse. Es gibt mehrere Glucosetransporter in der Zellmembran. Die insulinunabhängi- gen arbeiten mit dem Konzentrationsgefälle zwischen Blut und Zellflüssigkeit. In der Zellflüssigkeit ist die Glucosekonzentration sehr gering, da sie sofort in G6P umgewandelt und damit dem Gleichgewicht entzogen wird. So versorgen sich die Zellen auch bei niedrigem Blutzuckerspiegel mit Glucose. Die Bildung von Glycogen als Energiereserve der Zellen Bei hohem Blutzuckerspiegel wirkt zusätzlich zu den insulinunabhängigen noch ein insulinabhängiger Glucosetransporter , wodurch die Zellen besonders rasch Glucose aufnehmen können. Das gebildete G6P wird dann unter Phos- phatabspaltung zur Produktion des Polysaccharids Glycogen verwendet (siehe S. 259 und 262). Das ist vor allem in den Muskelzellen wichtig. Sie enthalten bis zu 1 % Glycogen als Energiereserve. In Zeiten geringen Blutzuckerspiegels kann die Zelle bei Energiebedarf aus Glycogen unter Phosphataufnahme wieder G6P abspalten. In unserem Vergleich mit dem Geldleben also Scheine auf das Giro- konto einzahlen oder von dort abheben. Etwas anders verläuft der Vorgang in den Leberzellen. Hier wird durch ein anderes Enzym als in allen anderen Zellen erst bei hoher Glucosekonzentra- tion G6P und Glycogen gebildet, die Leberzellen verarbeiten also Glucose vor allem bei hohem Blutzuckerspiegel. Sie bilden dabei größere Mengen Glyco- gen als Muskelzellen. Bis zu 10 % der Leber bestehen so aus Glycogen. Bei niedrigem Blutzuckerspiegel veranlasst das Hormon Glucagon die Leberzellen, aus Glycogen wieder G6P und dann über ein spezielles Enzym wieder Glucose zu produzieren und diese an das Blut abzugeben. Das Leberglycogen ist also Reserve für den gesamten Organismus, das Muskelglycogen ist Reserve für die Muskelzellen. Abb. 288–1: Wie die Glucose in die Zelle kommt Monosaccharide Glucose Zelle Glucose- transporter insulin- unabhängig Blutzucker niedrig Glucose Glucose-6-phosphat Glycolyse Glycogen- synthese bei Überschuss hoch Glucose- transporter insulin- abhängig Zerlegung im Mund und im Magen zu Monosacchariden Abb. 288–2: Glucose-6-phosphat in Muskel- (oben) und Leberzelle (unten) NADPH • H + Glycogen CH 2 O H O H O O H O H P Pyruvat Glucose-6-phosphat Ribosen DNA Fettsäure- aufbau Energie für den Muskel NADPH • H + Glycogen CH 2 O H O H O O H O H P Pyruvat Glucose-6-phosphat Ribosen DNA Fettsäure- aufbau Energie Gluconeogenese CH 2 O H O H O O H O H O H ins Blut Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv